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The HYDRALAB+ Project is an advanced network of European research organisations that focus on physical modelling of environmental hydraulics. The aim is to develop and improve the experimental facilities for the investigation of expected climate change impacts to ensure that future management and adaptation measures are effective. An important aspect of this work is to identify new or alternative experimental methods and resources to better support future work in modelling climate change impacts and adaptation strategies.

Numerical simulations using the SWAN-VEG model (Simulating WAves Nearshore, with vegetation module) were performed considering the case of Ilha Solteira (SP) reservoir, a navigable stretch of the Tietê

Scour protection is an important component of fixed bottom foundations for offshore wind turbines. Depending on the hydrodynamic conditions, they might be indispensable to avoid the structural collapse of the foundation due to scour phenomena. The design of scour protections is typically deterministic, which often results in overestimated mean diameters of the armour layer.Moreover, the design methodologies currently applied do not provide a measure of safety associated with the proposed design. The present research proposes a novel methodology to assess the safety of the protection and to perform the probabilistic design of static and dynamic scour protections. A case study based on Horns Rev. 3 offshore wind farm is used to show how to select the mean stone diameter according to a pre-defined probability of failure of the protection. The results show that a dynamic scour protection could be safely designed with a reduction of the mean stone diameter up to 15 cm, when compared with the statically stable protection.

The Canary Islands have a long coastline with varying levels of exposure to severe sea conditions. Frequent states of alert and emergency in some parts of their coastline are commonly related to the occurrence of extreme wave conditions. Among the phenomena directly driven by the waves when reaching the shore are the wave run-up and overtopping. Both the study of the flood level, including its variability, and the associated risks are key tools in the planning and management of coastal zones. The aim of this research is to examine the probability of occurrence of run-up events capable of exceeding different topographical levels, for estimating the risk level associated with flooding of the different areas in which the Boca Barranco Beach can be divided, in terms of their nature and use. This beach is located on the island of Gran Canaria, Spain, and is part of the site of scientific interest of Jinámar. A large wave dataset is used as input to a high-resolution numerical model for propagating offshore wave conditions to shallow waters in the study area. Furthermore, the morphology of the study area is reproduced by combining different bathymetric databases. Finally, the probability of occurrence of different levels of run-up and the corresponding levels of consequences are assigned, to assess the flood risk in the different areas of the beach, which are presented in a risk map of flooding in the study area.

Scale-model tests are usually required to evaluate the hydraulic and structural behavior of proposed rubble-mound breakwater designs. In order to speed up and ease the armor layer damage assessment, we developed a technique based on stereo photogrammetry. A key feature of this technique is its ability to compensate for the refraction in the air-water interface, thus producing a survey of the envelope of the armor layer without the need to empty the wave flume or wave basin where the scale model tests are carried out. This article describes this technique and the tests made to establish confidence in it and in the damage evaluation on a breakwater scale model. Results led to an error estimation of only fractions of a centimeter.

O HIDRALERTA é um sistema de previsão, alerta e avaliação do risco de galgamentos/inundação em zonas costeiras e portuárias, partindo da utilização de medições/previsões da agitação marítima para calcular o galgamento/inundação nessas zonas. O cálculo dos caudais médios galgados sobre uma estrutura marítima é efetuado através de ferramentas neuronais e/ou fórmulas empíricas, que não permitem definir a distribuição espacial desse caudal atrás da estrutura.Este artigo apresenta a aplicação ao porto/baía da Praia da Vitória, Açores, de um método expedito para modelar essa distribuição espacial, recorrendo a ferramentas SIG. Foi estabelecida uma relação entre a cota de inundação e o volume galgado de água através da utilização de um modelo digital de terreno. Este trabalho representa um primeiro passo na elaboração de um mapa de risco associado ao galgamento costeiro.

The To-SEAlert project has the aim of increasing the efficiency, robustness and reliability of the HIDRALERTA system.

Communities can be vulnerable to wave-induced flooding and risk is expected with rising sea levels and population growth.

The assessment of damage evolution in scale model tests of rubble-mound breakwaters can be achieved by comparing eroded depths and volumes between consecutive surveys. Aiming to evaluate damage evolution on rubble-mound breakwater, scale model tests were recently conducted on the maritime hydraulic facilities of the National Laboratory for Civil Engineering. This paper focuses on the use of novel, non-intrusive survey methodologies such as the Time of Flight (ToF) principle technique. Damage evaluation is based on the comparison of point clouds obtained before and after each test series, enabling the extraction of profiles, the calculation of eroded depths and eroded volumes and the estimation of displaced units.

Neste estudo recorre-se à modelação numérica para a simulação de eventos de galgamento, inundação e erosão costeira em zonas costeiras devido a ocorrência de tempestades. Esta metodologia está a ser estudada para o troço costeiro da Costa da Caparica, na área que compreende toda a extensão da estrutura de defesa aderente, para a tempestade Hércules/Christine. Nesta modelação numérica recorreram-se aos modelos numéricos SWAN e XBeach. Estes modelos foram utilizados para simular 96 h de forçamentos oceanográficos sobre a área de estudo, representando assim a tempestade entre os dias 3 e 7 de janeiro de 2014. Os resultados preliminares apontam para um subestima dos run-up consequência da parametrização do modelo e das características da batimetria considerada.

This work aims to determine the exploitable wave energy resource at six potential sites, located in the Azores, Madeira and Sines. For that purpose, the third-generation wave model SWAN is used to estimate the sea-wave conditions over the last 40 years. Boundary conditions of the sea states and wind fields are provided by the climate reanalysis datasets ERA5. Using those results as inputs to the SWAN model, the sea-states were propagated shoreward, in order to estimate and analyse the wave conditions in the regions of interest. By combining the average energy flux per unit-length of wave front and the probability of occurrence of each sea state, the average exploitable annual energy per unit length of wave crest can be computed. The variability of this energy flux is analysed since it is of fundamental importance for the efficiency of the Wave Energy Converters (WEC).

A avaliação do espraiamento e do galgamento em estruturas de proteção costeira e portuária é fundamental para o projeto de novas estruturas e na verificação da segurança de estruturas já existentes. A sua determinação tem como objetivos principais a definição da cota de coroamento da estrutura e o estabelecimento das condições de serviço dessa estrutura. Uma das metodologias mais utilizadas para a avaliação do espraiamento e do galgamento em estruturas marítimas é a modelação física. Nessa metodologia, são várias as técnicas que podem ser usadas para a avaliação desses fenómenos físicos. Neste âmbito, salientam-se o uso de sondas resistivas, de balança ou de imagens vídeo. Neste trabalho são apresentados os resultados de um estudo em modelo físico do espraiamento e galgamento da estrutura de proteção portuária do Porto da Ericeira para diferentes condições de agitação marítima. Comparam-se ainda várias técnicas de avaliação do espraiamento e do galgamento que foram utilizadas nesses ensaios em modelo físico para avaliar o seu desempenho.

Neste trabalho apresentam-se os resultados de simulações numéricas do comportamento de um navio ferry amarrado nos dois portos da ilha do Pico, São Roque e Madalena, durante a passagem recente de duas grandes tempestades, nomeadamente o furacão Lorenzo entre 2 e 5 de outubro de 2019 e a depressão Elsa entre 19 e 22 de dezembro de 2019. No âmbito do projeto ECOMARPORT encontra-se em desenvolvimento um sistema de alerta para os riscos de navios amarrados nos referidos portos. Este sistema permite prever com 72 horas de antecedência os efeitos da agitação marítima em navios amarrados, mais concretamente, os seus movimentos e forças no sistema e amarração. A comparação destes resultados com os limites de segurança e de operacionalidade do terminal portuário permite avaliar o risco e tomar medidas preventivas. Os resultados obtidos em cada um dos portos permite comparar a eficácia da amarração proposta.

Para caracterizar a resposta de um trecho do quebra-mar de taludes do porto da Ericeira à agitação marítima nele incidente, realizaram-se no canal de ondas irregulares do LNEC um conjunto de ensaios em modelo físico bidimensional (2D) desse mesmo trecho. Nesta comunicação descreve-se a instalação experimental, bem como a metodologia utilizada no levantamento da envolvente do quebra-mar com vista à caracterização da evolução do dano. Esta metodologia baseou-se na avaliação da erosão do manto resistente utilizando o sensor de posição Kinect na obtenção de modelos tridimensionais de superfície. Apresentam-se ainda, alguns resultados relativos aos danos ocorridos início e no final de uma das três séries de ensaios realizadas.

Esta comunicação apresenta uma análise dos coeficientes de segurança ao derrubamento e ao deslizamento na superestrutura do quebra-mar do Porto da Ericeira quando sujeito à acção de temporais, calculados com base nas forças obtidas por aplicação das fórmulas aplicáveis a este caso de estudo. Dada a previsão de subida do nível do mar na costa oeste portuguesa, é importante analisar a sua influência no agravamento das forças nas superestruturas destas estruturas e, consequentemente, na estabilidade da superestrutura. Para tal, foram calculadas as forças horizontais e verticais e respetivos coeficientes de segurança que se exercem na superestrutura do quebra-mar utilizando as condições de agitação no pé da estrutura obtidas de modelos de hindcast considerando os níveis de maré atuais e para uma projeção de subida do nível do mar de 5 mm/ano. A análise de resultados permitiu concluir que o efeito da subida do nível do mar reduz ligeiramente a segurança desta superestrutura para o cenário considerado, não sendo a alteração significativa.

Para caracterizar a resposta de um trecho do quebra-mar de taludes do porto da Ericeira à agitação marítima nele incidente, realizaram-se no canal de ondas irregulares do LNEC um conjunto de ensaios com um modelo reduzido desse mesmo trecho. Nesta comunicação descreve-se a instalação experimental, incluindo os diversos instrumentos utilizados para medir as séries temporais das várias grandezas de interesse e o programa de ensaios, apresentando-se as grandezas medidas num subconjunto dos ensaios considerado mais interessante. Nestas grandezas incluem-se a elevação da superfície livre associada à agitação incidente, o espraiamento ao longo do talude, o volume de água de água galgado, a pressão em vários pontos da superestrutura e a erosão do manto protetor.

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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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