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The effects of tidal flats on the hydrodynamics of the Tagus estuary are analysed using an accurate high-resolution shallow water model, supported by field data. Tidal flats act mainly as filters, rather than sinks, transferring energy from astronomic to non-linear frequencies. Tidal flats also play a major role in determining the strong resonance mode that amplifies semi-diurnal constituents.We show that the upper estuary, with extensive tidal flats, has an increasing accretion rate. This "filling-up" results from a positive feedback between sediment deposition and the hydrodynamics: accretion in the upper estuary increases the duration of ebbs, decreasing sediment flushing, and further increasing accretion.

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An efficient numerical model of the mild-slope equation, describing water wave propagation (combined refraction-diffraction), based on robust iterative methods is presented. The elliptic formulation (boundary value problem) of the governing equation is selected for numerical treatment because it is particularly suited to complex wave fields like those encountered inside harbours. The requirement that the computational model be capable of dealing with large problem domains is addressed by implementing and testing two iterative solvers, both belonging to the family of Krylov subspace methods. The two solvers are based on the Stabilised Bi-Conjugate Gradient Method (Bi-CGSTAB) and the Generalised Minimum Residual (GMRES) method. The performance characteristics of the solvers are established using results for two standard test cases widely used as benchmarks in coastal modelling. It is shown that the Bi-CGSTAB algorithm has a considerably better convergence rate than the GMRES algorithm and, moreover, it is faster and more efficient than other published methods for the same problem.

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We investigate the effect of tracking errors on the accuracy and stability of Eulerian-Lagrangian methods (ELMs) for the solution of the transport equation. A combination of formal analysis and numerical experimentation demonstrates that the effect is severe. Even moderate tracking errors substantially affect the preservation of the zeroth, first and second moments of concentration ( mass, phase and diffusion) and may lead to the instability of otherwise stable and very accurate ELMs. The use of accurate tracking algorithms is strongly recommended for Eulerian-Lagrangian simulations involving complex flows. Key Words: Transport equation. Eulerian-Lagrangian methods. Tracking methods. Mass conservation. Numerical experimentation. Accuracy

Three-dimensional simulations of barotropic tides are used to investigate the complex circulation at the mouth of the Tagus estuary. Comparison with field data shows that elevations are well represented in the main area of interest, but velocities are slightly over-predicted due to a simplified treatment of intertidal flats. Model results show the existence of strong velocity phase lags (up to 1.75 hours for the semi-diurnal constituents) between the shallow areas and the deep channel. These phase lags are partially responsible for the generation by advective accelerations of a strong residual velocity field (velocities reach 0.5 m/s -1) with well defined eddies. The interaction between the residual and tidal velocity fields in turn generates strong chaotic stirring.Localized sigma coordinates (LSC), a recently proposed method which allows the number of nodes per vertical to vary horizontally, are used for the first time in a three-dimensional application. A previously proposed criterion for the horizontal distribution of the total number of vertical nodes is shown to be inadequate when advective accelerations are important. However, with an alternative criterion, the use of LSC reduces maximum errors by a factor of two relative to traditional sigma coordinates.

The variability of estuarine residence times is elucidated through accurate, diagnostic numerical tracking of a large number of particles, complemented with statistical analysis. Residence times are shown to have strong spatial and temporal variability, which is accentuated by exchanges between the estuary and the coastal ocean due to chaotic stirring at the mouth. The concept of a single residenc time per estuary, while convenient from both ecological and engineering viewpoints, is therefore shown to be an oversimplification. Maps of residence times and cumulative histograms are examined as alternatives. The former are attractive only for once-through tracers, while the latter appear useful over a broader range of tracer characteristics. Key Words: Residence Times Tejo estuary

Evaluating horizontal gradients in three-dimensional shallow water models that use bottom-following sigma coordinate can lead to large errors near steep bathymetry. A technique that has been proposed to minimize this problem involves computing horizontal gradients in cartesian coordinates, while treating all other terms in a sigma-coordinate framework. We study this technique through both truncation error analysis and numerical experimentation, and compare it to the direct application of sigma coordinates. While the cartesian coordinate method can be more attractive when horizontal gradients are zero, the sigma coordinate method can be more accurate in other physically relevant situations. Also, the cartesian coordinate method introduces significant numerical diffusion of variable sign near the bottom (where physical diffusion is particularly small), thus potentially leading to instabilities. Overall, we consider the sigma coordinates to be the best approach.

We propose an empirical law for vertical nodal placement in tidal simulations that depends on a single parameter, p. The influence of dimensionless numbers on the optimal value of p is analysed through a series of numerical experiments for an individual vertical, and a single value of p is found to be adequate for all cases. The proposed law can lead to gains in accuracy of over two orders of magnitude relative to a uniform grid, and compares favorably with non-uniform grids previously used in the literature. In practical applications, the most effective use of this law may require each vertical to have a different number of nodes. Criteria for the distribution of the total number of nodes among different verticals are also proposed, based on the concept of equalizing errors across the domain. The usefulness of the overall approach is demonstrated through a two-dimensional laterally-averaged application to a synthetic estuary. Key words: Vertical discretization. Sigma coordinates.Localized sigma coordinates. Tidal flow. Numerical experimentation.

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Recent finite element Eulerian-Lagrangian Methods (ELMs) have traded the classical notion of interpolation at the feet of the characteristic lines for that of integration. In this paper, the stability and accuracy of selected integration and interpolation ELMs is formally analyzed and compared. We show that integration generally leads to better accuracy, but some integration ELMs are only conditionally stable. Stability criteria are established, on the basis of Courant number, diffusion number, and type and number of quadrature points. Key Words: Transport equation. Eulerian-Lagrangian methods. Stability analysis. Accuracy analysis. Numerical experimentation

This paper describes problems related to the evaluation of near-bottom horizontal velocity gradients in cartesian coordinates. An analytical model and simple scaling arguments show that computing advective accelerations in cartesian coordinates may require extremely fine horizontal grids. Numerical tests are used to confirm this conclusion and to exemplify the unrealistic velocity profiles that can be obtained due to large errors in the evaluation of the advective acceleration. It is therefore recommended that horizontal gradients of velocity be evaluated in sigma coordinates. This conclusion is in stark contrast with similar studies for the baroclinic pressure gradient, and is due to the rapid variation of the vertical gradient of horizontal velocities in the bottom boundary layer.

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The hydrodynamics and sediment dynamics of a low energy estuarine beach was analysed. The beach is subjected to local wind waves generated in an area of restricted fetch, wake waves generated by catamarans and a semi diurnal meso-tidal regime. Only storm events of short duration modify the beach profile, which, once the normal hydrodynamic conditions are restored, naturally recovers its initial shape. The beach is characterised by having a steep upper slope until mean sea level, followed, seaward, by a low gradient terrace, and a bimodal sediment distribution. To investigate the hydro sedimentologic beach behaviour, wind, topo-hydrographic and sedimentologic data were used as input and validation of process based numerical modelling. Wave generation and transformation in an area of restricted fetch, nearshore circulation, sediment transport and morphological evolution were simulated for average annual conditions and storm conditions. The statistical analysis of a six-year wind data series allowed to derive the average wind regime, based on which, the average annual wave regime and the average annual longshore sediment budget, 14.5x103 m3year-1, were calculated. The contribution of the individual components of the representative wave regime, discretised by directional sector and height class of incidence, was evaluated as well as the spatial distribution of the longshore sediment transport in the active part of the beach profile. The characteristics of the wave groups generated by the passage of catamarans at different speeds were estimated and their action on the beach morphology was simulated. Although when the catamarans travel at 20 knots speed the average annual wake wave energy dissipated at the beach is 2.5 times higher than the average annual wind wave energy, the erosion effect on the beach profile is still not relevant for the present traffic. In opposition, short duration storm events generate the formation of an erosion scarp at the upper part of the beach face. The numerical modelling of this phenomenon allowed to acknowledge on the protective effect that the low gradient terrace has on the beach face.

O objectivo do presente trabalho foi o estabelecimento de um modelo matemático do fenómeno da refracção das ondas de gravidade, apoiado num pro¬grama cálculo automático bastante aperfeiçoado e enquadrado por uma técnica de utilização prática que permitisse a resolução rápida dos problemasinerentes ao cálculo de um conjunto de diagramas de refracção, independentemente do número de ondas monocromáticas a analisar.Numa primeira parte, apresentam-se algumas considerações sumárias so¬bre o método de estabelecimento do programa de cálculo e sobre a necessidade de se dispor de um modelo matemático de refracção. A segunda parte é dedicada ao estudo do fenómeno da refracção das on¬das de gravidade e seu tratamento numérico. No Cap.3 indicam-se, de forma Muito sintética, os fundamentos da teoria das ondas de pequena amplitude sendo deduzidas as principais expressões utilizadas no estudo da refracção. É apresentada a teoria da refracção de uma onda sinusoidal, sendo abordado um vasto leque de problemas tais como os aspectos energético e geométrico da refracção, as soluções analíticas para fundos algébricos, as zonas de convergência e cáusticas, a refracção por efeito de correntes, e as aproximações da teoria da refracção. Por último criticam-se os métodos gráficos habituais de cálculo de planos de ondulação. No Cap. 4 são deduzidas as equações de base do tratamento numérico da refracção das ondas sinusoidais como um problema de valores iniciais. No Cap. 5 são apresentadas as dife¬rentes técnicas de cálculo e de interpolação das principais grandezas di¬rectamente ligadas a obtenção de uma ortogonal e dos sucessivos valores da amplitude relativa da onda. São indicados os métodos numéricos de integração das equações diferenciais do raio de onda e do coeficiente de afasta¬mento de ortogonais. E feita referencia a técnicas de alisamento da batimetria. Em todos os casos são apresentados os métodos utilizados no LNEC as¬sim como outros referidos na bibliografia. No Cap. 6 são indicadas, para os vários programas preparados no LNEC, as técnicas de cálculo e de inter¬polação e os métodos numéricos de integração usados. São apresentadas, de uma forma exaustiva, todas as verificações dos programas levadas a cabo após o seu estabelecimento, designadamente a verificação analítica e a comparação dos resultados obtidos com os métodos numéricos e gráficos para fundos ir¬regulares. No âmbito da verificação dos programas é ainda feita referência a resultados obtidos por outros autores e a ensaios em modelo reduzido. Por último tiram-se conclusões sobre a escolha dos programas a lançar em exploração.A terceira e última parte é consagrada à análise do actual programa de cálculo de diagramas de refracção. Assim, no Cap. 7 indicam-se, em li¬nhas muito gerais, o tipo de dados a fornecer, as hipóteses de exploração do programa e o seu modo de funcionamento; é ainda feita uma análise da estrutura do programa, relativamente pormenorizada. 0 Cap. 8 é consagrado à discrição da forma de utilização prática do programa, sendo discutidas as perspectivas de custo da sua utilização cobrindo todas as hipóteses de exploração do programa, ilustrados com os dados e resultados respectivos. No Cap. 9 apresentam-se as conclusões do trabalho e indicam-se as linhas de orientação a seguir no que respeita ao aperfeiçoamento do modelo matemático da refracção e ao estabelecimento de outros modelos matemáticos dependentes ou não daquele.0 texto principal de dissertação encerra-se com 96 referencias bibliográficas, correspondentes aos principais trabalhos consultados pelo autor, na realização do presente estudo; esta bibliografia refere-se a Abril de 1975. Em Anexo no Apêndice I, apresentam-se os elementos referentes aos programas inicialmente estabelecidos no LNEC e cujo aperfeiçoamento posterior conduziu ao programa actualmente em exploração. São indicados, em linhas gerais, as formas possíveis de exploração daqueles programas, o seu modo de funcionamento e os dados a fornecer. É feita uma análise de pormenor da es¬trutura dos programas, sendo descrita a sua forma de utilização prática, e apresentados vários exemplos de aplicação ilustrados com os dados e resul¬tados respectivos. São indicadas algumas verificações efectuadas a estes programas.

0 caminhamento das areias ao longo das costas marítimas é regulado por leis ainda incompletamente apreendidas, mas cujo conhecimento cada vez mais perfeito se torna indispensável no projecto e ensaio em modelo reduzido de grande parte das obras destinadas a solucionar problemas de hidráulica marítima.Começa-se neste trabalho por caracterizar, sob os pontos de vista hidrodinâmico e de movimentação aluvionar, a orla costeira, zona em que o transporte litoral se processa, abordando-se a seguir o aspecto prático mais importante do fenómeno, ou seja, a previsão dos caudais sólidos a partir das características das ondas e do material móvel que forma a praia.Com este último objectivo analisa-se o conjunto dos dados experimentais disponíveis, segundo uma perspectiva baseada na análise dimensional do fenómeno, para a seguir se proceder a um estudo experimental focado sobre a influência do peso específico e do diâmetro do material móvel.Apresentam-se ainda, em anexo, os conceitos básicos respeitantes às correntes longitudinais, fenómeno que teve também de ser objecto de um estudo aprofundado, por estar intimamente relacionado com o transporte sólido litoral.

Este trabalho constitui um estudo em extensão sobre as característi¬cas mais importantes dos perfis transversais das praias e sobre a evolução resultante da actuação da ondulação. Pretendeu-se assim obter um conhecimento geral sobre este assunto, de modo a permitir, por um lado, o melhor planeamento dos trabalhos marítimos e, por outro, uma melhor interpretação dos modelos reduzidos de fundo móvel.Utiliza-se neste trabalho uma nomenclatura original em língua portuguesa, na tentativa de estabelecer uma equivalência com os termos consagrados na literatura siglo-saxónica.Dentro do esquema geral acima enunciado, são estudadas com maior atenção: o mecanismo da movimentação dos materiais nos fundos; a evolução so¬frida pelos perfis em resultado da actuação das ondas e destas em conjugação com as marés; as características da faixa de rebentação das praias; e as variações da granulometria do material móvel.Quanto à movimentação dos materiais em fundos de maior profundidade, apresenta-se uma interpretação sobre as profundidades a que se inicia o transporte dos sedimentos e o sentido desse transporte.Em relação à evolução dos perfis descrevem-se as suas fases mais significativas, quer para o caso de ondas de período e altura crescentes como decrescentes. Introduzem-se os conceitos de perfis de máxima erosão e máximo enchimento.

O presente trabalho baseia-se num estudo experimental sobre o funcionamento hidráulico de esporões marítimos no caso em que estes limitam troços de praia que se comportam, na sua evolução, como unidades fisiográficamente independentes. Pretende-se, com este estudo, contribuir para o conhecimento do mecanismo de evolução de praias em que são construídos campos de esporões, com vista ao projecto de dispositivos funcionais deste tipo de defesa costeira. Acessoriamente, tirando partido dos esporões como meio de medição do caudal sólido litoral, fa¬zem-se algumas considerações sobre as relações existentes entre o transporte litoral e as características da onda actuante.O relatório é constituído pelas seguintes partes : a Introdução, em que se define o objectivo do estudo e as suas características; o capítulo I, em que se apresentam noções gerais sobre esporões; o Capi¬tulo II, em que se dá conhecimento do estudo experimental realizado, definindo o seu planeamento, a tecnologia experimental, as características dos ensaios realizados, a interpretarão dos resultados obtidos e as conclusões; o Capitulo III, que diz respeito a casos reais de emprego de esporões, em que, após umas generalidades, se apresentam as principais características das obras de defesa da Cova do Vapor - Costa da Caparica, do campo de esporões da praia de Espinho e do esporão da praia do Estoril, finalizando com algumas conclusões; o Capítulo IV em que se apresentam considerações sumárias sobre caudal sólido litoral, as quais compreendem algumas generalidades, considerações teóricas, resultados experimen¬tais, observações na natureza e conclusões; finalmente, as Conclusões Finais, onde se agrupam todas as considerações do estudo que se julgam de primordial interesse.

This report presents the methodology and results of a study of the sediment dynamics and potential medium-term coastline evolution induced by hybrid-type coastal protection solutions for the Langue de Barbarie and the city of Saint-Louis, Senegal. The analysed solutions considered four designs of an artificial island, or a peninsula/spit connected to the mainland. The study includes gathering of study site data, preparation of model inputs, set-up and calibration of the shoreline evolution model ShorelineS, simulations of the potential coastal evolution for the proposed interventions, and critical and comparative analysis. The model succeeded in reproducing the main coastline modifications observed during the calibration period (2015 to 2019). It was found that any of the proposed hybrid solutions are likely to trigger substantial instabilities in the delicate sediment dynamics of Langue de Barbarie, eventually breaching this spit not far from the city of Saint-Louis. The analysis of alternative soft solutions led to similar conclusions.

O Programa de Monitorização das Dragagens da Zona Superior da Lagoa de Óbidos, promovidas pelaAgência Portuguesa do Ambiente, destina-se a acompanhar a evolução das condições hidrodinâmicas e da morfologia da lagoa. Apresentam-se neste relatório os resultados relativos à fase de pós-obra. Na zona inferior da lagoa, entre abril de 2022 e outubro de 2023, o canal da embocadura manteve uma posição relativamente estável no terço central do cordão litoral, sem situações de fecho da embocadura. Na zona superior da lagoa, a comparação dos levantamentos hidrográficos de pós-dragagem (março de 2022) e de monitorização após 20 meses (novembro de 2023) indicam que a zona intervencionada de canais (braço da Barrosa, foz do rio Real e braço do Bom Sucesso) e bacias (braço da Barrosa e foz do rio Real) apresentou uma taxa de assoreamento moderada (0,23 m ano-1). Assim, estima-se que os efeitos da intervenção de dragagem na redução da acumulação sedimentar na zona superior da lagoa sejam relativamente duradouros.

The final technical report of the project Mosaic.pt

Apresenta-se neste relatório os principais resultados dos ensaios em modelo físico reduzido referentes ao “Estudo de caracterização e viabilidade de um quebra-mar destacado multifuncional em frente à Praia da Vagueira”. Os ensaios, realizados à escala 1:65 com fundo móvel, permitiram analisar o efeito do quebra-mar destacado (QMD) na dinâmica sedimentar próxima e na geração de ondas para o surf. No que se refere à dinâmica sedimentar, verificou-se a reprodução de fenómenos de evolução morfológica no modelo físico, com predominância de movimentos sedimentares transversais na ausência do QMD e quase inexistência de transporte longilitoral. A implantação de um QMD paralelo à praia induziu a formação de células de circulação na zona abrigada que conduziram à formação de um saliente de pequenas dimensões, centrado com o eixo transversal do QMD. A implantação de um QMD 45º oblíquo à costa provocou a formação de dois salientes, de dimensões semelhantes aos da configuração anterior. No que se refere à geração de ondas para surf comparam-se os resultados obtidos sem QMD, com QMD paralelo e com QMD oblíquo à costa. Analisam-se os índices de agitação, localização, comprimento e tipo de rebentação para cada situação. Para todas as condições de agitação ensaiadas, a rebentação na situação atual (sem QMD) ocorre a sotamar da posição de implantação prevista para o QMD, próxima da linha de costa. O QMD provoca alteração das condições de rebentação, levando a que esta ocorra na zona próxima ou sobre o QMD. Da observação da posição e comprimento da linha de rebentação, assim como do tipo e forma de rebentação pode concluir-se que, dos casos ensaiados, no caso sem QMD e no caso com QMD oblíquo se obtiveram condições de rebentação adequadas à prática de surf. Apresenta-se a calibração realizada com o modelo numérico COULWAVE para o caso do QMD oblíquo, para uma condição de agitação regular. O modelo numérico permite calcular alguns parâmetros importantes para a verificação das condições de rebentação e da sua adequabilidade para a prática do surf, tais como o comprimento da linha de rebentação, a direção da onda no ponto de rebentação, o ângulo de rebentação e o número de Iribarren. Com base nos resultados obtidos é possível concluir que o QMD oblíquo gera uma onda de boa qualidade para o surf, já que se obtém uma rebentação mergulhante e um ângulo de rebentação adequado para surfistas standard/profissionais. Realizaram-se ensaios de galgamento e, para as condições de agitação ensaiadas, não se verificou galgamento da estrutura de defesa longitudinal aderente nem no caso dos ensaios sem QMD nem com QMD, quer paralelo à costa quer oblíquo.

Apresenta-se neste documento um texto integrador e conclusivo dos trabalhos executados no

O presente estudo é constituído por duas componentes. Na primeira analisa-se, com recurso a modelação numérica, o efeito da morfologia da praia da Vagueira na resposta de um quebra-mar destacado submerso implementado na frente marítima. Para isso, utilizam-se dois levantamentos topo-batimétricos recentes, de verão marítimo, que evidenciam grandes diferenças de elevação do fundo. Concluiu-se que a implementação do quebra-mar favorece a geração de elevados gradientes de fundo, incluindo a geração de novos canais, devidos às correntes divergentes, cuja mobilidade constrange a formação de um saliente estável que permita um aumento permanente da largura de praia. Na segunda componente do estudo, desenvolvida para apoiar o estudo em modelo físico, testou-se em modelo numérico o efeito do quebra-mar destacado submerso nas correntes e morfologia adjacentes, em condições hidro-morfológicas representativas. Concluiu-se que os padrões de erosão-acumulação gerados pelo quebra-mar (canais de erosão divergentes, enraizados nos extremos do quebra-mar, que geram a fuga de sedimentos locais e crescimento de um saliente não simétrico relativamente ao eixo transversal do quebra-mar) são mais regulares do que os previstos em condições de topo-batimetria real, pelo facto da batimetria inicial ser mais uniforme e, por isso, permitir um efeito mais destacado (menos difuso) dos mecanismos de resposta do fundo ao forçamento hidrodinâmico.

Apresenta-se neste relatório o estabelecimento do modelo físico reduzido e as condições de ensaio referentes ao

No âmbito do contrato de prestação de serviços para o

Procede-se à comparação de levantamentos topo-hidrográficos a escalas espaciais e temporais alargadas (desde 1980-1982) com o objetivo de apoiar a interpretação da evolução morfológica do sistema Bugio-Caparica e, em particular, contribuir para: (a) a identificação do destino das areias utilizadas na alimentação das praias da Costa da Caparica; (b) a avaliação da importância dos fluxos sedimentares entre as praias da Caparica e o banco do Bugio; e (c) a apreciação dos efeitos das intervenções estruturais e não-estruturais. Identifica-se uma área de acumulação sedimentar parcialmente no exterior da célula de monitorização, com cotas da ordem de -4 a -2 m ZH, no bordo meridional do banco do Bugio, que poderá estar associada quer às alimentações artificiais realizadas na Caparica, quer a alterações morfológicas ocorridas na envolvente da Cova do Vapor.

The present report describes a fieldwork campaign that took place within the scope of the project MOSAIC.pt. The campaign was performed in March 2020 at Cova-Gala beach. Cova-Gala beach is located south of the entrance to Figueira da Foz harbour, along central Portugal western coast. The campaign aimed to acquire hydrodynamic and topographic data on the subaerial beach cells between the groynes in front of Cova ur anization

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