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O presente trabalho descreve a aplicação do modelo numérico COULWAVE ao estudo da propagação de ondas na zona da Praia do Lugar de Baixo, Madeira, com vista a simular as características hidrodinâmicas na zona de estudo permitindo analisar as alturas de ondas, zona de rebentação e reflexão da onda junto à costa. O objetivo final é propor soluções para a renaturalização desta zona e o melhoramento das condições de surf.

The objective of this paper is to describe and compare the use of different high-resolution survey techniques to create and analyse 3D surface models made up of point clouds, using open-source and freeware post-processing tools. Within this framework, several tests were conducted on a three-dimensional scale model of a breakwater, with surveys performed by a smartphone, the Microsoft® Kinect® sensor and a UAV camera. All the tests were conducted for a physical model placed in an empty wave tank. For this comparison, a number of post-processing software were used: the Microsoft Kinect Fusion Application, Visual SFM and MicMac, all freeware software. The clouds of points were compared using the CloudCompare freeware software and the Golden Software Surfer commercial software.In order to obtain a clear comparison between these tools (i.e., to better evaluate accuracy and associated errors), all the point clouds (with RGB colour information) were aligned with data coming from a survey used to coordinate some points in the model (Ground Control Points). All the clouds were compared with a corrected cloud based upon coordinated points painted on the concrete floor of the wave tank.The specific experimental conditions needed for using each of these methodologies were investigated and classified.

Nesta comunicação apresenta-se os novos desenvolvimentos que estão em curso no sistema SWAMS ALERT, que é um sistema previsão, alerta e avaliação de risco de eventos perigosos associados à navegação em áreas portuárias e ao comportamento dos navios amarrados.O sistema usa as características da agitação marítima previstas para determinar os seus efeitos em termos de forças em amarras e defensas, bem como de movimentos de um navio amarrado. Para isso, o sistema utiliza um conjunto de modelos numéricos. O sistema consiste em quatro módulos: I - Características da agitação marítima; II - Navegação em áreas portuárias; III - Avaliação de Risco e IV - Sistema de Alerta. A interface do sistema é através de uma plataforma web totalmente interativa e amigável.Ilustra-se a aplicação deste sistema ao porto da Praia da Vitória.

This paper presents recent new features of the Systematic Observation of Maritime Works (OSOM+) program, under development at LNEC since 1986, for using in an extensive number of maritime structures of mainland Portugal. Those functionalities are illustrated with applications to a real case scenario (the port of Ericeira) and by indicating their added-value on the existing methodology.

It is common for the local sea state in coastal waters to be a complex combination of waves due to local and recent wind (the "sea") and long period waves resulting from earlier weather systems, which have travelled many 100s of km with little attenuation of these very long waves (the "swell"). Sea and swell may have very different directions and periods.

This paper presents the validation of a wave maker with active absorption method implemented in FLUENT® RANS-VOF code for modelling long time series of waves propagating and interacting with coastal structures, more specifically, with Oscillating Water Column devices, to cancel out the reflected wave that reaches the wave maker. Verification of the numerical technique was performed in a 3D wave tank in which a technique of multiple active absorption wave makers was used. Good results were obtained in quasi-3D and fully-3D applications showing that active absorption should be used for modelling accurately the complex interaction between wave and coastal structures, in the present case, with an oscillating water column device integrated in a vertical breakwater.

Due to both its geographic location and maritime importance, Portugal is equipped with a large number of port infrastructures, the majority of which built for goals such as to guarantee the tranquility of the sheltered areas of the harbour basins, to help controlling sedimentation by guiding the currents, to protect water taken from thermoelectric plants, amongst others. In Portugal, the most common of these structures is the rubblemound breakwater. Due to its characteristics, maintenance or repair works are common throughout its lifetime. However, the need for these repair works should be evaluated in advance, in order to avoid significant costs associated to those works or, even worse, the collapse of the structure. It is therefore quite important to evaluate the Present Condition of the structure, as well its Evolution and Risk Conditions. The Present Condition is periodically checked on-site and all relevant data gathered is recorded, by filling in inspection forms, in order to perform further comparisons and analyses with previous inspections of the structure, as to eventually characterize Evolution and Risk conditions. To expedite all this process and prevent likely occurrence of errors in data collection, a monitoring tool, supported through a map-based online geographic information system (WebGIS) was developed, enabling the georeferencing of the structures concerned. This system adapts to the location of the user

The air entrainment effect on wave breaking is of the highest importance for the wave energy dissipation. Wave breaking is a complex phenomenon with several physical processes, making it difficult to quantify the contribution of the air in the energy dissipation process. This study presents a different approach where the wave propagation is exposed to air injected in the bottom of a wave flume. The experiment allows studying in a controlled environment the direct effect of the air bubbles in the wave propagation. The measurements show the free surface elevations and velocity profiles at two sections of the wave flume. The turbulence effect of the air injection on the wave propagation was evaluated. The results show differences for the three types of air injection that were tested. The air injection rate of each orifice is an important factor for the wave dissipation. The wave heights were found to decrease due to the air injection. The Turbulent Kinetic Energy shows an increase along the water column and on the downstream direction of the flume.

Apresenta-se nesta comunicação uma técnica baseada em análise de imagem para a medição e caraterização da concentração de ar produzida no processo de rebentação de onda. Para este efeito, realizaram-se filmagens dos ensaios num canal de ondas no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), que reproduzem dois tipos de rebentação de onda, progressiva e mergulhante. A validação da técnica de análise de imagem é feita por dois métodos, o primeiro com recurso à injeção de bolhas de ar através de uma bomba de ar e o segundo com a medição pontual da concentração de ar com uma sonda de deteção de bolhas de ar. Os resultados, relativos aos dois tipos de rebentação de onda, mostram as concentrações de ar e a distribuição da pluma de bolhas de ar. As medições realizadas permitem quantificar e caracterizar o ar emulsionado no processo de rebentação de onda.

Um dispositivo de aproveitamento da energia das ondas de tipo coluna de água oscilante (CAO) near-shore (que pode se assimilar a um cilindro vertical oco com a sua parte inferior aberta e a parte superior equipada com uma turbina Wells) implementada em profundidade intermédia pequena é estudado numericamente recorrendo a um modelo RANS-VOF 3D. O modelo numérico integra técnicas de geração e absorção das ondas por batedores múltiplos que permite dispor de um tanque de onda eficiente, eliminando as ondas reflectidas e difractadas. O dispositivo de CAO near-shore é um dispositivo alternativo ao clássico dispositivo integrado em quebra-mar ou na linha de costa e ao dispositivo off-shore (assimilado a um cilindro vertical oco estabilizado por um sistema de ancoragem por cabos) e tem duas vantagens: a resposta do dispositivo é independente da direcção das ondas e pode ser facilmente afundado no fundo do mar já que o dispositivo é desenhado para ser implementado em profundida pequena (~20 m). No entanto, a proximidade do fundo e a interacção complexa onda-estrutura resultante podem interferir em termo hidrodinâmico e energético na resposta do dispositivo CAO near-shore, comparativamente a um dispositivo off-shore. O artigo apresenta os primeiros resultados deste projecto através da análise pormenorizada de um caso de agitação marítima. Também, permite evidenciar e prever respostas diferentes do dispositivo CAO near-shore de um dispositivo clássico off-shore através da analise das series temporais de elevação de superfície livre, do caudal na turbina, da pressão na câmara-de-ar da CAO, da potência pneumática e dos vectores e campos de velocidade e de vorticidade ao redor e dentro do dispositivo.

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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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