Publicações

Coastal hazards such as flooding and erosion can cause large economic and human losses. Under this threat, early warning systems can be very cost-effective solutions for disaster preparation. The goal of this study was to develop, test, and implement an operational coastal erosion early warning system supported by a particular method of machine learning. Thus, the system combines Bayesian Networks, and state-of-the-art numerical models, such as XBeach and SWAN, to predict storm erosion impacts in urbanized areas. This system was developed in two phases. In the development phase, all information required to apply the machine learning method was generated including the definition of hundreds of oceanic synthetic storms, modeling of the erosion caused by these storms, and characterization of the impact levels according to a newly defined eerosion iimpact index. This adimensional index relates the distance from the edge of the dune/beach scarp to buildings and the height of that scarp. Finally, a Bayesian Network that acted as a surrogate of the previously generated information was built. After the training of the network, the conditional probability tables were created. These tables constituted the ground knowledge to make the predictions in the second phase. This methodology was validated (1) by comparing 6-h predictions obtained with the Bayesian Network and with process-based models, the latest considered as the benchmark, and (2) by assessing the predictive skills of the Bayesian Network through the unbiased iterative k-fold cross-validation procedure. Regarding the first comparison, the analysis considered the entire duration of three large storms whose return periods were 10, 16, and 25 years, and it was observed that the Bayesian Network correctly predicted between 64% and 72% of the impacts during the course of the storms, depending on the area analyzed. Importantly, this method was also able to identify when the hazardous conditions disappeared after predicting potential consequences. Regarding the Regarding the second validation approach, second validation approach, the k-fold cross-validation procedure was applied to the peak of a set of varying storms and it demonstrated that the predictive skills were maximized (63%

A wave flume is used to study a scaled model of a stepped bottom dual-chamber Oscillating Water Column (OWC) installed onshore. Compared to traditional single-chamber OWCs, the use of dual-chambers is expected to widen the range of sea states in which the OWC is more efficient, and the step, in front of the first chamber, boosts the capturing energy capacity of the device. The Power Take-Off (PTO) system is modelled as an air opening in the pneumatic chambers. Several experiments combining regular incident waves and PTO damping conditions are performed. Results of the amplitudes of the free surface elevations inside the chambers show that the device can amplify the incident wave amplitude up to 1.57 times in chamber 2. Results of the primary efficiency show that the device is highly dependent on the PTO damping characteristics and can reach around 40% for a wide range of wave periods. Results of the reflection analysis show that the reflection coefficient is also dependent on the PTO damping characteristics but remain lower than 0.6 for all the studied cases. Sloshing phenomenon (mostly in the cross-section direction) was observed for a wavelength close to the cross-section dimension, impacting negatively on the device pneumatic performance.

Performance and hydrodynamics of an array of Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converter (WEC) integrated into a vertical breakwater is studied. The FLUENT® software, in which the numerical model is based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations and the Volume of Fluid method for free surface flow modeling, is used in a 3D numerical wave tank. Three vertical breakwater configurations subject to the action of incident regular waves with periods from 6 to 12 s are studied: normal breakwater, with vertical walls parallel to the direction along the breakwater length; and two novel breakwater geometries, partially and fully convergent breakwaters, whose converging vertical walls are inclined

This study aims to validate a numerical model based on Reynolds-averaged Navier

Storms impacting sandy coastal areas produce hazards such as erosion and overwash that, in turn, promote risk to life and property damage in occupied areas. Coastal damage and risks willincrease in the future not only in association with climate change but also due to the growinghuman occupation in coastal areas (van Dongeren et al., 2018). Since the threatened coastal areas are often densely populated, there is a need to implement measures to prevent risks. One of such measures is the use of Early Warning Systems (EWS) that anticipate expected risks and, therefore, work as management tools to minimize or avoid disaster. This work presents the basis of an EWS prototype to alert about the potential consequences of overwash/overtopping and erosion induced by storms, in coastal areas.

Beaches combined with sloping structures are frequently the frst element of defense to protect urban areas from the impact of extreme coastal fooding events. However, these structures are rarely designed for null wave overtopping discharges, accepting that waves can pass above the crest and threat exposed elements in hinterland areas, such as pedestrians, urban elements and buildings, and vehicles. To reduce risks, Early Warning Systems (EWSs) can be used to anticipate and minimize the impacts of fooding episodes on those elements. A key aspect of these systems is the defnition of non-admissible discharge levels that trigger signifcant impacts. However, large discrepancies in defning these discharge levels and the associated impacts are found among the existing methods to assess foodings. Due to the lack of standardization, a new conceptual and quantitative four-level (from no-impact to high-impact) categorization of food warnings (EW-Coast) is proposed. EW-Coast integrates and unifes previous methods and builds on them by incorporating feld-based information. Thus, the new categorization successfully predicted the impact level on 70%, 82%, and 85% of the overtopping episodes afecting pedestrians, urban elements and buildings, and vehicles, respectively. This demonstrates its suitability to support EWSs in areas vulnerable to wave-induced fooding.

During physical scale model tests of rubble mound breakwaters, the assessment of the eroded volume of the armour layer subjected to incident sea waves can be determined from consecutive surveys of the surface of the armour layer after each test run. This enables one to assess the damage level of the struc ture by comparing erosion profiles and by the eroded volume between consecutive surveys of the tested section. The present study aimed to evaluate the damage evolu tion of a section of the Peniche harbour west breakwater, whose armour layer is made of tetrapods, A dimensionless damage parameter was computed, based on the eroded volume at the end of each test. The test program consisted of three test series (A, B and C) with different durations and wave conditions sequences, considering the low-water level (water depth of 0.20 m at the toe of the structure) and high-water level (0.24 m) and sea states with peak periods Tp = 1.70 s and Tp = 1.98 s and significant wave heights, Hm0, ranging between 0.12 m and 0.19 m. The model was built and operated according to Froude

Melby presents a formula to predict damage evolution in rubble-mound breakwaterswhose armour layer is made of rock, based on the erosion measured in scale-model tests and thecharacteristics of the incident sea waves in such tests. However, this formula is only valid for armourlayers made of rock and for the range of tested sea states. The present work aims to show howthe Melby methodology can be used to establish a similar formula for the armour layer damageevolution in a rubble-mound breakwater where tetrapods are employed. For that, a long-durationtest series is conducted with a 1:50 scale model of the quay section of the Ericeira Harbour breakwater.The eroded volume of the armour layer was measured using a Kinect position sensor. The damageparameter values measured in the experiments are lower than those predicted by the formulationfor rock armour layers. New ap and b coefficients for the Melby formula for the tested armour layerwere established based on the minimum root mean square error between the measured and thepredicted damage. This work shows also that it is possible to assess the damage evolution in scale model tests with rubble-mound breakwaters by computing the eroded volume and subsequently, thedimensionless damage parameter based on the equivalent removed armour units.

The objective of this work is the comparison of two methodologies used for run-up measurements in a two-dimensional physical model, which represented the protection breakwaters of the Peniche and Ericeira

Coastal flooding prediction systems can be an efficient risk-reduction instrument. The goal of this study was to design, build, test, and implement a wave-induced flooding early warning system in urban areas fronted by sandy beaches. The system utilizes a novel approach that combines Bayesian Networks and numerical models (SWAN + XBeach) and was developed in two phases. In the development phase, firstly, the learning information was generated including the creation of oceanic conditions, modeling overtopping discharges, the haracterization of the associated im pacts (no, low, moderate and high) in pedestrians, urban components and buildings, and vehicles, and secondly, the Bayesian Networks were designed that surrogated the previously generated information. After their training, the conditional probability tables were created representing the foundation to make predictions in the operational phase. This methodology was validated for several historical events which hit the study area (Praia de Faro, Portugal), and the system correctly predicted the impact level of around 80% of the cases. Also, the predictive skills varied depending on the level, with the no and high impact levels overcoming the intermediate levels. In terms of efficiency, one simulation (deterministic) of coastal flooding for 72 h by running SWAN + XBeach operationally would take more than two days on a one-logical processor workstation, while the current approach can provide quasi-instantaneously predictions for that period, including probability distributions. Moreover, the two-working phase approach is very flexible enabling the inclusion of additional features such as social components representing a powerful tool for risk reduction in coastal communities.

O presente trabalho enquadra-se no estudo de caracterização e definição de parâmetros de dimensionamento e localização de um quebra-mar destacado (QMD), em frente à Praia da Vagueira (Município de Vagos, distrito de Aveiro) que está a ser desenvolvido para a Agência Portuguesa do Ambiente, I.P.,.Pretende-se que o QMD seja multifuncional contribuindo para reduzir o risco de galgamentos costeiros no aglomerado urbano da Praia da Vagueira; promover o eventual acréscimo do areal da praia emersa em frente à defesa aderente, reforçando a defesa natural contra a erosão e inundação costeira e fomentando o seu maior usufruto pela população e segurança balnear; e ainda criar condições físicas para promover ondas de surf, potenciando a economia associada a esta atividade.Neste âmbito, e para análise das potencialidades do QMD para promover ondas de surf na zona, aplica-se o modelo não-linear de tipo Boussinesq COULWAVE na simulação da propagação de ondas na zona em estudo, para a situação antes e após a implantação do QMD. Este modelo permite reproduzir a maioria dos fenómenos intervenientes na transformação da onda em fundos de profundidade variável e na presença de correntes: dispersão de frequência, dispersão de amplitude, empolamento (linear e não-linear), difração, refração pelo fundo e devida às correntes, geração de harmónicas e dissipação de energia por rebentação da onda.Analisam-se os parâmetros de surfabilidade necessários para verificar se as condições na zona são propícias para a prática do surf, nomeadamente o número de Iribarren, ângulo de rebentação, amplificação da onda e o comprimento da linha de rebentação.

Nesta comunicação descreve-se o conjunto de ensaios efetuados em modelo reduzido de um perfil do quebra-mar oeste do porto de Peniche. O objetivo destes ensaios é avaliar o impacto no espraiamento, no galgamento, nas pressões na superestrutura e na evolução do dano no talude do perfil, de diferentes condições de agitação marítima extremas designadamente as associadas a cenários de alteração climática.

The project To-SEAlert aims to develop, implement and validate a set of tools/methodologies for an early warning, forecast and alert, emergency planning and risk management WebGIS system, based on the existing HIDRALERTA system. This updated WebGIS system will help responsible authorities to monitor, prevent and/or manage overtopping and flood emergency events in coastal and port areas and to plan investments on a long-term basis. The new system includes the use of satellite and video images, numerical and physical modelling, and quantitative risk assessment techniques to enhance the reliability and efficiency of the system. It will also establish/implement/monitor emergency plans to help authorities handle these events. The test cases are Costa da Caparica and Ericeira harbour, sites with significant occurrence of wave driven overtopping and flooding with significant consequences for the infrastructures, goods, and people.This paper aims to describe the project, namely its objectives, methodology and main expected results, as well as the achievements attained so far.

O projeto de investigação e desenvolvimento To-SEAlert financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia e envolvendo o LNEC, a FCiências.ID, a NOVA.ID.FCT e o ISEL tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema de previsão, alerta, planeamento de emergência e gestão de risco de galgamentos e inundações em zonas costeiras e portuárias, com base no sistema HIDRALERTA. Partindo das características da agitação marítima ao largo e utilizando modelos numéricos para a propagação e deformação da agitação marítima, o sistema HIDRALERTA estima os parâmetros relevantes da agitação marítima para a avaliação do galgamento e da inundação bem como o risco associado a esses eventos. As funcionalidades que se pretendem melhorar no âmbito do projeto To-SEAlert dizem respeito às metodologias de previsão do galgamento e da delimitação da zona inundada, bem como no apoio à resposta a situações de emergência envolvendo fenómenos de galgamento. A implementação e a validação do protótipo do To-SEAlert estão a ser efetuadas para a zona costeira da Costa da Caparica e para o porto da Ericeira.Esta comunicação apresenta o trabalho desenvolvido até à data na construção e desenvolvimento do protótipo do To-SEAlert para o porto da Ericeira.

Under the scope of the HYDRALAB+ transnational access project, the so-called RODBreak was conducted in the directional wave basin at the Marienwerden facilities of the Leibniz UniversityHannover (LUH).A stretch of a rubble-mound breakwaterwas built in the wave basinwith a very gentle slope and an armour layer made of Antifer cubes, at the roundhead and adjoining trunk, and rock, at the rest of the trunk.Aset of scale-model tests wascarried out to extend the range of wave steepness values analysedin wave run-up, overtopping and armour layer stability studies, focusing on oblique extreme wave conditions,with incident wave angles from 40º to 90º.The present study focuses on the analysisof measured wave run-up values obtained ina physical model and on its variability with wave parameters and wave obliquity.

HIDRALERTA is a forecast, early warning and risk assessment system of port and coastal areas that uses measurements/estimates of sea-waves and water levels to evaluate overtopping/flooding. The calculation of the mean overtopping discharge over a maritime structure is performed through artificial neural network-based tools and/or empirical formulae. The system is composed of four modules developed in open source Web technology, mainly using the Python language. This paper presents its application to reproduce the hurricane Lorenzo conditions and impacts at Madalena do Pico port, Azores, on October 2 2019. This hurricane was regarded as the strongest storm to hit Azores in 20 years. The application of HIDRALERTA focus mainly on the second and fourth modules: wave run-up/overtopping and warning system.

A energia das ondas infragravíticas na Baía do Espírito Santo foi investigada através de duas campanhas de medição de ondas em três locais distintos. A variação da energia infragravítica ao longo do tempo foi analisada em conjunto com a evolução do espectro direcional das ondas gravíticas, com o propósito de identificar uma possível relação entre as características das ondas longas e curtas. Quatro faixas de frequência foram utilizadas para particionar o espectro direcional de energia das ondas gravíticas, para observar a evolução destas ao longo do tempo. Nos eventos energéticos de ondas gravíticas medidos ao largo da baía, o aumento da energia na faixa infragravítica só ocorreu em ambos os pontos internos, de forma similar, quando as duas faixas de períodos dominantes do espectro gravítico eram maiores que 9s. Nas outras ocasiões, a região central apresentou maiores amplificações que o ponto nas imediações do Porto de Tubarão.

Um dos aspetos a analisar na caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado (QMD) multifuncional em frente à praia da Vagueira é a redução de galgamentos, consequência desejável que a implementação deste tipo de estrutura marítima terá nessa zona. Para isso, foi efetuada a caracterização da agitação na zona em estudo e a avaliação dos galgamentos, para a situação atual (sem estrutura) e para várias alternativas de QMD.Com base em dados estimados ao largo, a caracterização da agitação marítima local foi obtida mediante a transferência desses dados para pontos junto à costa, utilizando, nesta ordem, os modelos de propagação de ondas marítimas SWAN e DREAMS. O período de dados ao largo considerado foi de 39 anos (1979-2018), com intervalo de 6 em 6 horas. Seguidamente, recorrendo à fórmula de Mase et al. (2013), calculou-se o caudal médio galgado na estrutura de defesa aderente aí existente, sem e com as diferentes alternativas de QMD. Finalmente, a comparação dos resultados obtidos permitiu avaliar o desempenho do QMD na redução dos galgamentos costeiros na sua zona de influência.

This work presents the results of numerical simulations of two ferry ships moored inside two ports of Pico

Este estudo recorre a ferramentas de modelação numérica, XBeach e SWASH, para a avaliação dos eventos de galgamento costeiro devido a tempestades marítimas no troço costeiro urbano da Costa da Caparica, que compreende a estrutura rígida aderente. Faz-se uma análise comparativa entre os modelos, e confronta-se com a informação de eventos documentados (tempestades Hércules e Emma). Ambos os modelos, refletem as variações entre tempestades, com maior intensidade de galgamento para a tempestade mais energética. Existem diferenças entre os modelos, ainda que pouco significativas face aos níveis de perigosidade associados (CEM, 2002; EurOtop, 2018) e ambos apresentaram resultados satisfatórios quando comparados com os relatos históricos das tempestades analisadas. O modelo XBeach requer um maior tempo de computação, contudo permite obter intervalos de confiança na previsão de galgamentos. Este estudo aponta para a viabilidade da utilização de ambos os modelos na avaliação dos eventos de galgamento costeiro na Costa da Caparica.

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Os efeitos das alterações climáticas aumentaram a necessidade de investigar a capacidade da vegetação em atenuar a força das ondas, nas zonas costeiras. Apoiando-se em modelação física, analítica e numérica da propagação de ondas sobre vegetação, este estudo teve como objetivos: i) analisar a diferença na dissipação de ondas sobre campos de vegetação rígida e flexível, ii) caracterizar o movimento de vegetação flexível, iii) estimar o coeficiente de arrasto de vegetação rígida e vegetação flexível, e iv) analisar a influência da flexibilidade (movimentoda vegetação) e da força de inércia no coeficiente de arrasto.

Na presente dissertação, desenvolveu-se uma metodologia para caracterização do movimento de um navio amarrado no interior de portos na presença de um campo de ondas. Esta metodologia consiste em utilizar vários modelos numéricos para caracterizar convenientemente: a) a propagação das ondas desde o largo até ao local de acostagem; b) a modificação das características das ondas no interior do porto; c) a ação das ondas sobre o navio; d) a resposta do navio; e) as forças resultantes no sistema de marração. Os modelos utilizados são:· SWAN: modelo não linear espectral para simular a propagação de ondas em zonas costeiras extensas;· DREAMS: modelo linear para simular a propagação de ondas em zonas costeiras abrigadas;· BOUSS-WMH: modelo não linear para simular a propagação de ondas regulares e irregulares em zonas costeiras abrigadas;· GMALHA: gerador de malhas de elementos finitos triangulares;· WAMIT®: que resolve, no domínio da frequência, os problemas de radiação e de difração na interação de um corpo flutuante livre com as ondas;· NPP: gerador de painéis planos sobre o casco do navio;· HYDRO: que transforma os resultados da interação do corpo flutuante livre com as ondas do domínio da frequência para o domínio do tempo;· BAS: que resolve as equações de movimento de um navio amarrado.O desempenho do modelo BOUSS-WMH, em situações de grande não linearidade, foi analisado através da simulação de quatro casos de teste também simulados em laboratório. O BOUSS-WMH provou ser um modelo robusto capaz de representar a deformação da superfície livre de forma adequada, embora, em zonas com forte não linearidade, tenha apresentado algumas limitações, nomeadamente na formaçãode harmónicas de ordem superior à terceira. Verificou-se que os resultados numéricos tendiam a sobrestimar os valores da altura de onda em zonas pouco profundas.Para minorar estas limitações e tornar o modelo mais robusto, fiável e adequado para ser aplicado em casos reais, foram adicionados e implementados novos termos às equações do modelo BOUSS-WMH, nomeadamente, a reflexão parcial, o atrito de fundo e a rebentação (fenómenos físicos inerentes às águas pouco profundas e zonas confinadas).A reflexão parcial foi implementada a partir da adição de um termo de viscosidade na equação de conservação da quantidade de movimento. O modelo com reflexão parcial foi aplicado a dois casos de teste, sendo um deles um caso real (Porto de Vila do Porto, ilha de Santa Maria, Açores), e os resultados foram comparados com medições em ensaios em modelo físico. Verificou-se que a implementação da reflexão parcial diminui em 44% o erro médio quadrático face à simulação com fronteiras totalmente refletoras.O atrito de fundo foi implementado a partir da adição de um termo representativo da tensão tangencial de fundo à equação de conservação da quantidade de movimento. O modelo com atrito de fundo foi aplicado a dois casos de teste, sendo um deles um caso real (Praia de Faro). Verificou-se que a introdução do atrito de fundo dissipa energia como pretendido e reduz as instabilidades numéricas.A rebentação foi implementada com a introdução de um termo de viscosidade turbulenta. Dois critérios distintos foram introduzidos para definir o início e o final da rebentação: a) FSA, baseado na aceleração da elevação da superfície livre; b) RTFN, baseado no número Froude relativo da cava. O modelo com rebentação foi aplicado a três casos de teste estudados em laboratório. A comparação dos resultados do modelo com as medições dos ensaios físicos permite dizer que, de um modo geral, o modelo numérico simula muito bem a localização da rebentação, bem como a dissipação de energia a ela associada. O critério de rebentação baseado no método de RTFN tende a sobrestimar a altura das ondas, mas apresenta índices de concordância maiores do que os obtidos com o critério FSA. A vantagem deste método reside no menor número de parâmetros a calibrar. Os resultados alcançados foram muito bons, dada a complexidade do fenómeno de rebentação das ondas e a simplicidade dos termos utilizados na sua modelação.O gerador GMALHA também foi alvo de melhoramentos nos algoritmos de geração, de forma a possibilitar a existência de ilhas no interior do domínio de cálculo.O modelo numérico WAMIT® foi desenvolvido para aplicações em mar aberto sem muitas estruturas refletoras próximas do navio. Todas as estruturas devem ser discretizadas, o que aumenta exponencialmente o esforço computacional exigido, e são obrigatoriamente totalmente reflectoras. Ora esta é uma limitação importante quando se está no interior de um porto, primeiro devido às dimensões e depois devido às fronteiras parcialmente refletoras. Assim, o modelo WAMIT® foi modificado de modo a incluir as características das ondas modeladas previamente com um dos modelos de propagação. Foram desenvolvidas duas novas rotinas HASK_D e HASK_B, respetivamente para o modelo linear DREAMS e para o modelo não linear BOUSS-WMH. Estas rotinas e as modificações ao modelo WAMIT® foram validadas com a aplicação a casos simples onde o modelo WAMIT® original também podia ser aplicado. A presença de um campo de ondas difratadas pela presença de uma estrutura fixa foi simulada com sucesso. Existem diferenças pouco significativas, principalmente nas altas frequências. Uma explicação para estas diferenças relaciona-se com o facto de que as ondas com períodos baixos apresentam maiores instabilidades numéricas à medida que diminui o número de pontos por comprimento de onda na malha de elementos finitos.Com o intuito de facilitar o tratamento da informação, que, num estudo deste género, tem um volume e complexidade consideráveis, foram desenvolvidas interfaces para cada um dos modelos e estes foram acoplados numa ferramenta integrada

Esta dissertação divide-se em duas partes principais, uma dedicada ao desenvolvimento e validação de um novo modelo numérico para a propagação de ondas fracamente não lineares com a inclusão da dissipação de energia por rebentação, e uma dedicada ao desenvolvimento de um sistema integrado de modelação da agitação marítima em zonas costeiras e portuárias, GUIOMAR, para a utilização simplificada de modelos de propagação de ondas e para o apoio à tomada de decisão em estudos de engenharia costeira (quer correntes, quer situações de emergência).Na primeira parte, as equações de Beji e Nadaoka (1997a,b), são extendidas de forma a incluírem dissipação de energia por rebentação, através da consideração das tensões de Reynolds na equação da conservação da quantidade de movimento e da dedução de uma formulação alternativa da equação não linear de declive suave dependente do tempo. O modelo desenvolvido neste trabalho é aplicado a três testes de ensaios em modelo físico, que abrangem praias de declive constante e um perfil barra-fossa. Os testes efectuados permitiram seleccionar o critério de rebentação e definir regras para a determinação dos valores para as condições críticas de início e de fim da rebentação, calibrar o valor a atribuir ao parâmetro dos termos dissipativos e estabelecer regras para a sua definição, assim como para avaliar o desempenho do modelo. Foram obtidos bons resultados, embora o empolamento da onda tenha sido subestimado. Verificou-se uma estreita relação entre o valor a utilizar para a condição crítica de início da rebentação e a declividade da onda à entrada do domínio de cálculo, e entre o valor óptimo para o parâmetro dos termos dissipativos e o número de Ursell à entrada do domínio.Na segunda parte, apresenta-se a estrutura do sistema GUIOMAR, assim como as interfaces suas constituintes. O sistema GUIOMAR permite a utilização simplificada de modelos de agitação marítima, incluindo a construção, manipulação e visualização de dados e resultados. Estes factores contribuem para a sua afirmação como uma ferramenta de apoio à tomada de decisão em estudos de engenharia costeira e portuária. Foca-se também a avaliação das variabilidades de origem geográfica nos resultados dos modelos, nomeadamente as associadas à escala e resolução dos dados batimétricos utilizados, aos métodos de interpolação mais comuns e à subjectividade inerente à definição das linhas de costa. Da análise do comportamento dos modelos de agitação marítima constatou-se a necessidade de ter em atenção no respectivo estudo, aos dados de batimetria utilizados e às interpolações a que se recorre. São delineadas sugestões/recomendações para um futuro utilizador do sistema GUIOMAR aquando da utilização de métodos de interpolação.

Portugal is one of many countries in the world that suffers from coastal erosion.Conventional ways of protecting a coastline appear to entail some disadvantages. Aninnovative and interesting way of protecting a local coastal zone by means of multifunctionalartificial reefs avoids some of them. A multi-functional artificial reef is asubmerged breakwater which, besides the helping to protect the local coastline, canoffer other purposes; in particular, it may enhance the surfing possibilities and theenvironmental value of the local area. The structure has several positive side-effects:first, it provides an unimpaired visual amenity; second, it offers tourist and economicbenefits by improving the surfing conditions; third, it can enhance the environmentalvalue of the area where it is built, and fourth, with a proper design the down drifterosion can be minimal.An optimal reef design for the Leirosa beach, located to the south of Figueira da Foz,midway along the Portuguese West Atlantic coast, is investigated. In order to achievethis optimal design several steps were conducted. A preliminary design, as a result of atheoretical study, achieved step by step, is proposed for a multi-functional artificial reefmaking use of the theory and of the state of the art. The proposed reef geometry is usedas initial design in the numerical and physical tests, which were executed to analyze thecapacity of a multi-functional reef breakwater to protect the local coastline of Leirosa,Portugal, and to increase the local surfing possibilities. Further, a physical and anumerical 2DV study have been executed to get insight in the influence of the length ofthe reef and in the submergence on the Iribarren number, which is an indication for thebreaker type. In this study, also the optimum height for the reef has been defined.Subsequently, in order to be able to investigate the three design parameters: the reefangle, the geometry of the reef (with or without a platform) and the horizontaldimensions in 2DH for the optimal geometry, the Boussinesq-type COULWAVE modelwas validated; finally, a 2DH numerical study has been conducted with COULWAVEto define the best values for these parameters.In terms of surfability, and for the conditions of the local coastline of Leirosa, thefollowing values for the main parameters were found: a reef angle of 66°, a structureheight of 3.20 m, a reef geometry composed by a delta without platform, a reefsubmergence of 1.50 m and a structure seaward slope of 1:10.The calibration of the numerical model COULWAVE has shown that it can be usedvery well to simulate the hydrodynamics around an MFAR. However, improvementsare recommended on the actual version of COULWAVE. These improvements includemainly the introduction of bottom porous structures. Even though the mean velocityfields give an indication about the sediment transport, they are not sufficient to get a deep insight about the influence of an MFAR on the morphology around the structure.For a proper design of the reef, particularly for the protection of a local coastline, amorphological study has to be executed. / Portugal é um dos muitos países no mundo que sofre os efeitos adversos da erosãocosteira. É sabido que as formas convencionais de protecção costeira apresentamalgumas desvantagens. Uma forma particularmente interessante de proteger oucontribuir para a protecção local de um troço da zona costeira, minimizando algumasdas desvantagens das estruturas tradicionais, é através da construção de recifesartificiais multi-funcionais. Um recife artificial multi-funcional é um quebra-marsubmerso construído com objectivos de ajudar a proteger localmente a zona costeira eoferecer outras valências, nomeadamente, aumentar as possibilidades locais para aprática de surf e contribuir para a valorização ambiental da região.Um recife artificial com estas características apresenta diversos aspectos positivos. Comefeito, esta estrutura: (1) não tem qualquer impacto visual negativo; (2) oferece osbenefícios económicos resultantes da atracção turística, ao melhorar as condições locaispara práticas de surf e/ou outros desportos náuticos (mergulho e pesca); (3) permiteaumentar o valor ambiental da região, e (4) com um projecto adequado permite reduzirao mínimo os efeitos adversos da erosão local ou prolongar mesmo a praia por efeito detômbolo.Neste trabalho são investigados os parâmetros característicos de um recife artificialmulti-funcional, tendo como caso de estudo um troço da zona costeira da Leirosa,situado a cerca de 15 km a sul da Figueira da Foz, Portugal. Para obter as característicasóptimas da estrutura a construir foram realizados vários estudos ao longo de diversasetapas. Como resultado do estado da arte e de um estudo teórico, realizado passo apasso, é proposta uma geometria preliminar de recife artificial multi-funcional. Estageometria preliminar do recife é em seguida utilizada como projecto inicial de diversostestes em modelo numérico e em modelo físico para analisar a sua capacidade naprotecção da praia e do cordão dunar da Leirosa e, em simultâneo, analisar aspossibilidades locais para a prática de surf.Além dos testes realizados em modelo físico, foi efectuado um estudo numéricoutilizando o modelo 2DV COBRAS-UC para obter informações sobre a influência docomprimento do recife e da submersão do mesmo no número Iribarren, sendo este umparâmetro que fornece uma boa indicação do tipo de rebentação a esperar. Neste estudofoi igualmente investigada a altura ideal para o recife. Posteriormente, procedeu-se àvalidação de um modelo numérico 2DH do tipo Boussinesq, o modelo COULWAVE,tendo como objectivo analisar a influência de três parâmetros de projecto com particulardesenvolvimento no plano horizontal: o ângulo do recife, a geometria do recife (com ousem plataforma) e as suas dimensões horizontais. Uma vez validado, foi este modelo numérico utilizado para analisar a influência daqueles parâmetros e identificar os seusvalores mais adequados para a definição de uma geometria optimizada do recife.Em termos de características para a prática de surf, e para as condições locais do litoralda Leirosa, foram identificados os seguintes valores para os principais parâmetros: umaestrutura de recife com ângulo de 66º, altura de 3.20 m e uma geometria composta porum delta sem plataforma, uma submersão do recife de 1.50 m e um declive de barlamarda estrutura de 1:10.A calibração do modelo numérico COULWAVE mostrou que este pode ser usado comsucesso para simular a hidrodinâmica em torno de um recife artificial multi-funcional.No entanto, recomendam-se melhorias na actual versão deste modelo. Tais melhoriasincluem principalmente a possibilidade de modelação com fundos porosos. Embora oscampos da velocidade média forneçam uma primeira indicação sobre o transporte desedimentos, esta informação não é por si só suficientemente profunda para obterconclusões definitivas quanto à influência de uma estrutura com estas característicassobre a morfologia local. Para uma concepção mais adequada da estrutura final dorecife, em particular para efeitos de protecção costeira, deverá ser elaborado um estudomorfodinâmico.

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Realização de ensaios em modelo físico reduzido 3D para a avaliação da estabilidade do quebra-mar destacado do Porto Inlgês, Maio, Cabo-Verde

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Adverse sea conditions can cause emergency situations associated to wave overtopping, which endanger the safety of people and goods, with negative impacts for society, the economy and the environment. Therefore, a methodology to assess the overtopping risk in port and coastal areas is essential for a proper planning and management of these areas.The Portuguese National Laboratory for Civil Engineering (LNEC) has been developing the HIDRALERTA system, an integrated decision-support tool for port and coastal management, which focus in preventing and supporting the management of emergency situations and the long-term planning of interventions in the study areas. It enables the user to calculate the risk for various port and coastal activities, starting with the characterization of sea-waves, wind field and tide levels at the study regions.HIDRALERTA was already tested at different places in Portugal: Costa da Caparica beach, in Almada, and port of Praia da Vitória, in the Azores. However, in both cases, the evaluation of wave overtopping / flooding consequences was carried out using a quite simple approach. In fact, such consequences were assessed only at a global and qualitative level, based on information provided by the responsible authorities.This paper aims at testing a quantitative methodology to evaluate overtopping consequences: the Analytic Network Process (ANP). This methodology was proposed to solve complex decision-making problems and its objective is to calculate the priorities among decision elements which will define their final weights on the consequences. The ANP approach can produce interdependencies between criteria and compute the respective weight of each criterion. Such a network model with dependence and feedback improves the priorities derived from judgements and makes prediction more accurate. So, the ANP allows comparison among clusters of elements. Furthermore, in this methodology we take into account the impacts of alternatives on the importance of criteria, by normalizing the comparison matrix. Thus, the given alternatives can influence the ranking of criteria.Application of the ANP methodology to the case study of Praia da Vitória port is presented and a consequences level map is obtained.

Apresenta-se um novo sistema de alerta para navios amarrados em portos que se encontra em desenvolvimento no Laboratório Nacional de Engenharia Civil. O sistema SWAMS_ALERTA é um sistema de previsão e alerta baseado na avaliação do risco associado ao comportamento de navios amarrados em zonas portuárias.Os riscos associados a navios amarrados decorrem de movimentos excessivos, quer no plano horizontal, quer no plano vertical. Estes movimentos podem condicionar as atividades portuárias, nomeadamente cargas e descargas, mas em casos extremos podem levar à ocorrência de situações de emergência, tais como rotura de cabos, rotura de cabeços de amarração ou até colisões com o cais. As consequências deste tipo de situações envolvem sempre grandes prejuízos materiais e por vezes humanos.O sistema SWAMS_ALERTA utiliza as medições e previsões de agitação marítima para a determinação dos seus efeitos em termos de movimentos nos seis graus de liberdade e forças nas amarras e defensas quando o navio se encontra estacionado no cais. Para tal, o sistema recorre a uma série de modelos numéricos, interligados entre si. A comparação destes valores com valores máximos admissíveis pré-estabelecidos permite a avaliação, em tempo real, de situações de emergência e a emissão de alertas dirigidos às entidades portuárias.O sistema é constituído por 4 módulos:I

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