Publicações

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.

A avaliação do dano causado pela agitação incidente em modelos físicos de quebra mares de taludes pode ser realizada comparando volumes e profundidades erodidas entre levantamentos consecutivos de cada talude.Atualmente, estes levantamentos podem ser realizados de forma não intrusiva, recorrendo a técnicas fotogramétricas, a laser scan ou a sensores de posição baseados na metolodologia Time of Flight (ToF). Dependendo das condições de levantamento e da metodologia de pós-processamento das nuvens de pontos obtidas, estas técnicas permitem obter modelos tridimensionais de superfície, com elevada precisão.Em detalhe, as diferenças de volume entre os levantamentos inicial e

SAFEPORT safety system aims to daily reports to the Sines harbor administration, potential emergency situations regarding ships

Early warning systems are an important tool for local authorities to detect emergency situations in advance and initiate the necessary safety measure. These systems often depend on numerical models to estimate wave overtopping in the affected areas. The SWASH model has shown to deliver good results in recent overtopping studies. The To-SEAlert project has the aim of increasing the efficiency, robustness and reliability of the HIDRALERTA early warning system. This study shows a first intent to implement the SWASH model to simulate wave overtopping for the Ericeira prototype. SWASH was implemented for one breakwater profile used to simulate the overtopping discharge and evaluate the associated risk levels. It was compared to the current approach used in HIDRALERTA, which resorts to a neural network trained with a physical modeling database, NN_OVERTOPPING2. Finally, both approaches were compared with previously analyzed video images of the breakwater. The results showed that SWASH generally overestimates overtopping and is not in good agreement with the video images. NN_OVERTOPPING2 has a better agreement with the video images. A possible reason for the overestimation might be the wave direction, which cannot be included in one-dimensional simulations in SWASH.

O objetivo do presente trabalho foi avaliar o desempenho da metodologia de análise de vídeo Timestack na estimativa do espraiamento e na identificação de eventos de galgamento em modelos físicos de quebra-mares de talude com manto resistente composto por cubos Antifer.No primeiro caso, foi avaliado o espraiamento num modelo físico tridimensional do quebra-mar de taludes, para condições de agitação com incidência frontal e oblíqua relativamente ao talude. No segundo caso, identificaram-se os eventos de galgamento considerando ensaios realizados num modelo físico bidimensional do quebra-mar de taludes. Todos os casos de teste realizados mostraram resultados muito satisfatórios, evidenciando a versatilidade da técnica.

Marginal protection structures or adherent longitudinal defenses, whose main function is to mitigate overtopping, are structures parallel to the coast. They are intended to serve as protection and shelter against flooding, due to overtopping, dissipating wave energy in their interaction with the structure, and in areas strongly affected by coastal erosion, minimizing the risk of damage to roads, walkways or buildings in the proximity.The evaluation of run-up and overtopping in marginal protection structures is determined according to the conditions of incident sea agitation and the characteristics of the structure, being fundamental for the design of new structures and in the verification of the safety of existing structures.

O SAFEPORT é um sistema de previsão e alerta de perigos associados a navegação dentro do Porto de Sines. Este documento apresenta uma aplicação deste sistema, mais especificamente, descreve a modelação numérica que permitiu simular o comportamento de três navios amarrados em três terminais do Porto de Sines, sob as condições de agitção marítima causadas pela tempestade Dora. Os alertas emitidos aos movimentos dos navios e às forças exercidas nos seus cabos de amarração permitiram concluir que o sistema SAFEPORT é capaz de prever e emitir alertas em situações potencialmente perigosas.

Damage progression in wave-exposed physical models of rubble-mound breakwaters can be assessed using two methods: traditional quantification of armor element movements or newer approaches involving non-intrusive surveys, utilizing photogrammetry, RGB sensors, Time of Flight depth sensors, and LiDAR laser scanning sensors to determine eroded volumes and depths between consecutive armor layer surveys. These techniques allow for the creation of three-dimensional surface models with varying accuracy, depending on survey conditions and post-processing methodologies. The performance, suitability, and usability of these techniques in assessing damage progression are comparatively evaluated. Furthermore, the advantages and disadvantages of each technique are identified, and a sensitivity analysis is presented for each one.

No âmbito do projeto das obras de expansão e requali

A avaliação da evolução dos danos causados pela agitação incidente em modelos físicos de quebra-mares de taludes pode ser efetuada através da quantificação de movimentos e quedas dos elementos do manto resistente (métodos tradicionais), ou pela determinação de volumes e profundidades erodidas entre levantamentos consecutivos dos respetivos taludes (métodos mais atuais). Para se efetuarem esses levantamentos dos taludes, podem aplicar-se técnicas fotogramétricas com sensores RGB, sensores de profundidade baseados na metodologia ToF (Time of Flight) e sensores de laser LiDAR (Light Detection And Ranging).No presente trabalho, aplicam-se essas técnicas ao modelo físico do quebra-mar do porto da Ericeira, que está presentemente a ser ensaiado no LNEC, e avalia-se, comparativamente, o respetivo desempenho, adequabilidade e usabilidade na determinação da evolução dos danos, identificando vantagens e desvantagens de cada uma destas técnicas.

A praia da Vagueira está localizada no Município de Vagos, distrito de Aveiro e é protegida por uma estrutura de defesa frontal aderente que foi requali

O projeto

A avaliação do dano causado pela agitação incidente em modelos físicos de quebra mares de taludes pode ser realizada comparando volumes e profundidades erodidas entre levantamentos consecutivos de cada talude. Atualmente, estes levantamentos podem ser realizados de forma não intrusiva, recorrendo a técnicas fotogramétricas, a laser scan ou a sensores de posição baseados na metolodologia Time of Flight (ToF). Dependendo das condições de levantamento e da metodologia de pós-processamento das nuvens de pontos obtidas, estas técnicas permitem obter modelos tridimensionais de superfície, com elevada precisão.

This paper presents the prototype of HIDRALERTA for the port of Aveiro, showing the potential of the system, both as a tool for forecasting and warning of emergency situations and as a tool for planning and managing the risk in climate change scenarios. The prototype for Aveiro harbour showcases a new feature of HIDRALERTA system, which is the early warning system for maneuvering ships along the entrance channel, following the work of the BlueSafePort project.

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Os efeitos das altera‡äes clim ticas aumentaram a necessidade de investigar a capacidade da vegeta‡Æo em atenuar a for‡a das ondas, nas zonas costeiras. Apoiando-se em modela‡Æo f¡sica, anal¡tica e num‚rica da propaga‡Æo de ondas sobre vegeta‡Æo, este estudo teve como objetivos: i) analisar a diferen‡a na dissipa‡Æo de ondas sobre campos de vegeta‡Æo r¡gida e flex¡vel, ii) caracterizar o movimento de vegeta‡Æo flex¡vel, iii) estimar o coeficiente de arrasto de vegeta‡Æo r¡gida e vegeta‡Æo flex¡vel, e iv) analisar a influˆncia da flexibilidade (movimentoda vegeta‡Æo) e da for‡a de in‚rcia 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 formação de 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 – SWAMS – Simulation of Wave Action on Moored Ships. A ferramenta SWAMS facilita a execução dos modelos numéricos e a interligação entre eles é simplificada e automatizada. Finalmente, a ferramenta SWAMS foi validada ao ser aplicada a dois casos reais (Porto de Leixões e Porto de Sines). O primeiro caso simulado foi o de um navio amarrado no Terminal 3 do Porto de Leixões. Os resultados de ensaios em modelo físico foram utilizados para validar o SWAMS. Foi possível identificar, através das simulações numéricas, que alguns parâmetros, necessitavam de ser calibrados. Constatou-se que, uma análise de sensibilidade, não só aos parâmetros, mas também a pequenas variações nas caraterísticas das ondas, deve sempre acompanhar um estudo desta natureza. Verificou-se que os resultados numéricos, obtidos com o SWAMS, são muito semelhantes aos ensaios físicos, em termos de períodos e amplitudes das oscilações dos movimentos e das forças. O erro relativo das forças máximas no sistema de amarração é, salvo raras exceções, muito baixo. O amortecimento do navio, devido ao sistema de amarração, é bem simulado pelo SWAMS. A comparação dos resultados do SWAMS com os que se obteriam utilizando o modelo WAMIT® original, com uma parede vertical junto ao navio, mostra uma melhoria muito significativa. Confirmou-se que a representação física das fronteiras do porto e da sua envolvente influenciam os resultados obtidos e permitem obter uma maior aproximação à realidade. Concluiu-se ainda que a resposta de um navio amarrado no interior de um porto pode ser subestimada se não forem consideradas todas as transformações lineares e não lineares das ondas inerentes ao facto de estarem confinadas entre fronteiras refletivas e praias onde a profundidade é progressivamente decrescente. O segundo caso simulado foi o de um navio amarrado no Terminal XXI do Porto de Sines. Foi estabelecido o regime de agitação em frente ao molhe leste a partir dos registos na boia Sines1D transferidos com o modelo numérico SWAN. Foram analisadas as condições de agitação ao longo do cais acostável para 3 alternativas (alt1, alt2 e alt3) da configuração do quebra-mar que protege o Terminal. Analisaram-se os movimentos de um navio amarrado no posto 1 e forças no sistema de amarração para essas alternativas. Utilizou-se o modelo BOUSS-WMH para propagar o estado de agitação verificado ao largo (medido na boia) num dia em que foram relatados problemas de movimentos excessivos de navios. Verificou-se que as alterações propostas, apesar de diminuírem a agitação no seu interior, levam a um aumento das forças no sistema de amarração do navio. Desta forma, o que parece ser uma medida para reduzir a agitação marítima no interior do porto, tem o efeito contrário devido a fenómenos ressonantes e consequente amplificação das alturas de onda. Foi também efetuado um estudo de ressonância com ondas longas. Analisaram-se alguns dias específicos em que ocorreram problemas de movimentos excessivos e cabos partidos nos navios. Os períodos medidos no marégrafo (instalado próximo ao posto1) naqueles dias coincidem com os períodos de ressonância da bacia do Terminal XXI obtidos pelo modelo numérico DREAMS, o que permite intuir que a ressonância das oscilações da superfície livre é o fenómeno que causa a maioria dos problemas operacionais e de segurança neste Terminal. Para verificar esta assunção fizeram-se simulações do comportamento do navio amarrado, sujeito a um conjunto de ondas longas. Comparou-se a força máxima obtida nas amarras. Verificou-se que existem gamas de frequências que podem ser excitadas e que provocam a ressonância do sistema navio+amarração. Concluiu-se que apenas uma análise integrada permite identificar todas frequências suscetíveis de causar problemas aos navios amarrados.

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. An innovative and interesting way of protecting a local coastal zone by means of multifunctional artificial reefs avoids some of them. A multi-functional artificial reef is a submerged breakwater which, besides the helping to protect the local coastline, can offer other purposes; in particular, it may enhance the surfing possibilities and the environmental value of the local area. The structure has several positive side-effects: first, it provides an unimpaired visual amenity; second, it offers tourist and economic benefits by improving the surfing conditions; third, it can enhance the environmental value of the area where it is built, and fourth, with a proper design the down drift erosion 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 achieve this optimal design several steps were conducted. A preliminary design, as a result of a theoretical study, achieved step by step, is proposed for a multi-functional artificial reef making use of the theory and of the state of the art. The proposed reef geometry is used as initial design in the numerical and physical tests, which were executed to analyze the capacity 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 a numerical 2DV study have been executed to get insight in the influence of the length of the reef and in the submergence on the Iribarren number, which is an indication for the breaker 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 reef angle, the geometry of the reef (with or without a platform) and the horizontal dimensions in 2DH for the optimal geometry, the Boussinesq-type COULWAVE model was validated; finally, a 2DH numerical study has been conducted with COULWAVE to define the best values for these parameters. In terms of surfability, and for the conditions of the local coastline of Leirosa, the following values for the main parameters were found: a reef angle of 66°, a structure height of 3.20 m, a reef geometry composed by a delta without platform, a reef submergence 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 used very well to simulate the hydrodynamics around an MFAR. However, improvements are recommended on the actual version of COULWAVE. These improvements include mainly the introduction of bottom porous structures. Even though the mean velocity fields 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, a morphological study has to be executed. / Portugal é um dos muitos países no mundo que sofre os efeitos adversos da erosão costeira. É sabido que as formas convencionais de protecção costeira apresentam algumas desvantagens. Uma forma particularmente interessante de proteger ou contribuir para a protecção local de um troço da zona costeira, minimizando algumas das desvantagens das estruturas tradicionais, é através da construção de recifes artificiais multi-funcionais. Um recife artificial multi-funcional é um quebra-mar submerso construído com objectivos de ajudar a proteger localmente a zona costeira e oferecer outras valências, nomeadamente, aumentar as possibilidades locais para a prática de surf e contribuir para a valorização ambiental da região. Um recife artificial com estas características apresenta diversos aspectos positivos. Com efeito, esta estrutura: (1) não tem qualquer impacto visual negativo; (2) oferece os benefícios económicos resultantes da atracção turística, ao melhorar as condições locais para práticas de surf e/ou outros desportos náuticos (mergulho e pesca); (3) permite aumentar o valor ambiental da região, e (4) com um projecto adequado permite reduzir ao mínimo os efeitos adversos da erosão local ou prolongar mesmo a praia por efeito de tômbolo. Neste trabalho são investigados os parâmetros característicos de um recife artificial multi-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 características óptimas da estrutura a construir foram realizados vários estudos ao longo de diversas etapas. Como resultado do estado da arte e de um estudo teórico, realizado passo a passo, é proposta uma geometria preliminar de recife artificial multi-funcional. Esta geometria preliminar do recife é em seguida utilizada como projecto inicial de diversos testes em modelo numérico e em modelo físico para analisar a sua capacidade na protecção da praia e do cordão dunar da Leirosa e, em simultâneo, analisar as possibilidades locais para a prática de surf. Além dos testes realizados em modelo físico, foi efectuado um estudo numérico utilizando o modelo 2DV COBRAS-UC para obter informações sobre a influência do comprimento do recife e da submersão do mesmo no número Iribarren, sendo este um parâmetro que fornece uma boa indicação do tipo de rebentação a esperar. Neste estudo foi igualmente investigada a altura ideal para o recife. Posteriormente, procedeu-se à validação de um modelo numérico 2DH do tipo Boussinesq, o modelo COULWAVE, tendo como objectivo analisar a influência de três parâmetros de projecto com particular desenvolvimento no plano horizontal: o ângulo do recife, a geometria do recife (com ou sem plataforma) e as suas dimensões horizontais. Uma vez validado, foi este modelo numérico utilizado para analisar a influência daqueles parâmetros e identificar os seus valores 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 litoral da Leirosa, foram identificados os seguintes valores para os principais parâmetros: uma estrutura de recife com ângulo de 66º, altura de 3.20 m e uma geometria composta por um delta sem plataforma, uma submersão do recife de 1.50 m e um declive de barlamar da estrutura de 1:10. A calibração do modelo numérico COULWAVE mostrou que este pode ser usado com sucesso para simular a hidrodinâmica em torno de um recife artificial multi-funcional. No entanto, recomendam-se melhorias na actual versão deste modelo. Tais melhorias incluem principalmente a possibilidade de modelação com fundos porosos. Embora os campos da velocidade média forneçam uma primeira indicação sobre o transporte de sedimentos, esta informação não é por si só suficientemente profunda para obter conclusões definitivas quanto à influência de uma estrutura com estas características sobre a morfologia local. Para uma concepção mais adequada da estrutura final do recife, em particular para efeitos de protecção costeira, deverá ser elaborado um estudo morfodinâmico.

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Esta dissertação aborda o problema da absorção activa de ondas hidráulicas reflectidas em canal. Para resolver problemas de engenharia costeira é comum os laboratórios de hidráulica marítima recorrerem a ensaios experimentais em modelos físicos. Um dos problemas associados à modelação física de ondas hidráulicas em canal é a presença de ondas re-refletidas. Na natureza o mar constitui uma fronteira aberta que dissipa as ondas reflectidas pela costa, em canal essas ondas reflectidas podem gerar ondas rereflectidas quando incidem na pá do gerador de ondas e se propagam novamente para as estruturas em ensaio. O problema da re-reflexão pode ser mitigado recorrendo à absorção activa, isto é, utilizando em simultâneo o gerador para gerar a onda pretendida e uma onda que cancela a onda re-reflectida. Neste sentido, são estudados e implementados modelos de absorção activa de ondas, utilizando o projecto de filtros digitais não-recursivos. Os filtros processam os sinais provenientes de duas sondas de condutância e sintetizam um sinal que, adicionado ao sinal de referência para o gerador, dá origem ao cancelamento das ondas re-reflectidas. Parte importante do trabalho foi a implementação de um método de absorção activa de ondas, o que requereu a remodelação de uma instalação existente. Para este efeito foi instalado um sistema de geração de ondas hidráulicas com accionamento por motor síncrono de magnetos permanentes controlado em posição, bem como um sistema de aquisição de sinal com capacidade de controlo em tempo real. Foi necessária uma cuidada modelação e identificação da instalação bem como uma adequação do método à dinâmica do actuador e às características específicas do Canal. Entre outras contribuições acham-se o pré-processamento dos sinais de comando, correcções adicionais nos filtros FIR e o desenvolvimento de um simulador para testes preliminares do sistema de controlo. Os resultados indicam que, com uma boa calibração e um controlo adequado, é possível com este método implementado absorver ondas rerefletidas em cerca de 70%.

Nesta dissertação é apresentado um modelo de elementos finitos baseado nas equações de Boussinesq estendidas por Nwogu [60], BOUSSiw (versão unidimensional e bidimensional). Trata-se de um modelo especialmente indicado para a propagação de ondas não lineares e dispersivas que permite reproduzir alguns dos processos mais importantes envolvidos na propagação de ondas marítimas em regiões costeiras: a difracção, a refracção, a reflexão, o empolamento, a dispersão de frequência, a dispersão de amplitude e a geração de harmónicas. O modelo utiliza o pacote SPRINT (Berzins e Furzeland [14]) para a integração temporal e o método de Galerkin com uma malha não estruturada de elementos finitos triangulares para a discretização espacial. As condições de fronteira implementadas no modelo são a condição de reflexão total e a condição de radiação associada a uma zona absorvente. O modelo BOUSSiw resultou do aperfeiçoamento do modelo de elementos finitos de propagação de ondas, desenvolvido por Walkley [79]. Foram melhorados, neste trabalho, os aspectos relacionados com as oscilações numéricas, a geração e absorção de ondas no domínio de cálculo e a qualidade das malhas de elementos finitos utilizadas pelo modelo numérico. Assim, efectuou-se, no modelo BOUSSiw, a calibração do parâmetro de difusão artificial no domínio e nas fronteiras absorventes. Estabeleceu-se uma relação entre esse parâmetro de difusão artificial e as características da onda e da malha de elementos finitos. Implementou-se, também, uma nova condição de geração de ondas no interior do domínio por intermédio de uma função fonte (Wei et al. [82]). Esta nova condição de geração permite que as ondas reflectidas possam passar pela zona de geração e sair do domínio sendo absorvidas nas fronteiras absorventes. Para garantir a boa qualidade das malhas e o melhor desempenho do modelo foi desenvolvido um gerador automático de malhas de elementos finitos destinadas a modelos de propagação de ondas em zonas costeiras, designado por GMALHA. As malhas geradas têm refinamento local proporcional ao comprimento de onda e obedecem a critérios de qualidade, tais como: boa adaptabilidade às irregularidades da fronteira, forma dos triângulos o mais próxima possível da equilátera, valência dos nós igual a seis, variação suave do tamanho dos elementos e numeração dos nós da malha de modo a minimizar a largura de banda das matrizes. O desempenho deste gerador de malhas foi avaliado com dois casos de teste reais, observando-se, nestes casos, que a qualidade das malhas é boa e que o refinamento local permite reduzir o número de pontos das malhas e, consequentemente, os tempos de CPU necessários para gerar a própria malha, enquanto a renumeração dos nós permite diminuir a quantidade de memória utilizada pelos modelos numéricos assim como os tempos de CPU necessários para execução dos modelos numéricos. Foram também desenvolvidas interfaces com o utilizador para a construção dos ficheiros de dados e para a obtenção e visualização de resultados, tanto do modelo BOUSSiw como do gerador de malhas GMALHA. O modelo, com as alterações mencionadas foi validado e testado com casos de teste referidos na bibliografia, que simulam a propagação de ondas sobre um canal de profundidade constante (1D e 2D), sobre um quebra-mar submerso (Dingemans [18]) e sobre um baixio elíptico numa praia de inclinação constante (Berkhoff [13]). Finalmente, aplicou-se o modelo BOUSSiw a um caso de teste real: a propagação de ondas na bacia de adução da central termoeléctrica de Sines. Os resultados numéricos obtidos com este modelo foram comparados com os resultados de outros modelos numéricos e/ou experimentais. Em geral, verificou-se que o modelo simulou com precisão a propagação sobre fundos moderadamente inclinados e reproduziu bastante bem os efeitos não lineares (por exemplo, geração de harmónicas ou alterações na forma da onda) na propagação dessas ondas. No entanto, o modelo apresentou limitações em zonas onde os efeitos não lineares são significativos (águas muito pouco profundas), pois baseia-se nas equações de Nwogu que são deduzidas admitindo que os efeitos não lineares são da mesma ordem dos efeitos dispersivos e = O(m 2 ). Observaram-se também algumas oscilações numéricas no cálculo da elevação da superfície livre. Estas oscilações são controladas pelo valor do parâmetro de difusão artificial, o qual deve ser previamente calibrado de modo a não influenciar significativamente a solução numérica. O método da função fonte é eficaz na geração de ondas no interior do domínio de cálculo e, em geral, conduz a resultados numéricos mais próximos dos experimentais do que a geração de ondas na fronteira de entrada do modelo. Com este método, verificou-se também menor ocorrência de instabilidades numéricas. A aplicação do modelo ao caso real de propagação de ondas na bacia de adução da central termoeléctrica de Sines evidenciou capacidades de boa utilização em estudos de engenharia portuária e costeira.

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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 – Características da Agitação Marítima; II – Comportamento de navios amarrados; II – Avaliação do risco e IV - Sistema de Alerta. O sistema está a ser desenvolvido e implementado numa plataforma gráfica Web. Nesta comunicação faz-se a descrição dos módulos do sistema SWAMS_ALERTA, de previsão e alerta do risco associados ao estacionamento de navios em zonas portuárias e ilustra-se a primeira aplicação deste sistema: ao porto de Praia da Vitória.

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