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Development of a Bayesian network-based early warning system for storm-driven coastal erosion
Coastal hazards such as flooding and erosion can cause large economic and human losses. Under this threat, early warning systems can be very cost-effective solutions for disaster preparation. The goal of this study was to develop, test, and implement an operational coastal erosion early warning system supported by a particular method of machine learning. Thus, the system combines Bayesian Networks, and state-of-the-art numerical models, such as XBeach and SWAN, to predict storm erosion impacts in urbanized areas. This system was developed in two phases. In the development phase, all information required to apply the machine learning method was generated including the definition of hundreds of oceanic synthetic storms, modeling of the erosion caused by these storms, and characterization of the impact levels according to a newly defined eerosion iimpact index. This adimensional index relates the distance from the edge of the dune/beach scarp to buildings and the height of that scarp. Finally, a Bayesian Network that acted as a surrogate of the previously generated information was built. After the training of the network, the conditional probability tables were created. These tables constituted the ground knowledge to make the predictions in the second phase. This methodology was validated (1) by comparing 6-h predictions obtained with the Bayesian Network and with process-based models, the latest considered as the benchmark, and (2) by assessing the predictive skills of the Bayesian Network through the unbiased iterative k-fold cross-validation procedure. Regarding the first comparison, the analysis considered the entire duration of three large storms whose return periods were 10, 16, and 25 years, and it was observed that the Bayesian Network correctly predicted between 64% and 72% of the impacts during the course of the storms, depending on the area analyzed. Importantly, this method was also able to identify when the hazardous conditions disappeared after predicting potential consequences. Regarding the Regarding the second validation approach, second validation approach, the k-fold cross-validation procedure was applied to the peak of a set of varying storms and it demonstrated that the predictive skills were maximized (63%
Ano: 2024
Número Páginas:
1-15pp.
Autor(es): Garzon, J.L.; Ferreira, Ó.; PLOMARITIS, T.A.; Zózimo, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Pinheiro, L.
Revista: Coastal Engineering
Editor: Elsevier
Volume:
Vol 189 (104460).
Keywords: HIDRALERTA; Sandy beaches; Bayesian networks; Numerical modeling; Prediction system
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Experimental study of an onshore dual chamber oscillating water column device
A wave flume is used to study a scaled model of a stepped bottom dual-chamber Oscillating Water Column (OWC) installed onshore. Compared to traditional single-chamber OWCs, the use of dual-chambers is expected to widen the range of sea states in which the OWC is more efficient, and the step, in front of the first chamber, boosts the capturing energy capacity of the device. The Power Take-Off (PTO) system is modelled as an air opening in the pneumatic chambers. Several experiments combining regular incident waves and PTO damping conditions are performed. Results of the amplitudes of the free surface elevations inside the chambers show that the device can amplify the incident wave amplitude up to 1.57 times in chamber 2. Results of the primary efficiency show that the device is highly dependent on the PTO damping characteristics and can reach around 40% for a wide range of wave periods. Results of the reflection analysis show that the reflection coefficient is also dependent on the PTO damping characteristics but remain lower than 0.6 for all the studied cases. Sloshing phenomenon (mostly in the cross-section direction) was observed for a wavelength close to the cross-section dimension, impacting negatively on the device pneumatic performance.
Ano: 2024
Número Páginas:
16p..
Autor(es): Gadelho, J.; REZANEJAD, K.; Guedes Soares, C.; Santos, J. A.; Anastas, G.; Fortes, C. J. E. M.
Revista: Ocean Engineering
Editor: Elsevier
Volume:
Volume 300 (117240).
Keywords: Reflection coefficients; Efficiency improvement; Breakwater; Experiments; Oscillating water column
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Numerical analysis of 3D hydrodynamics and performance of an array of oscillating water column wave energy converters integrated into a vertical breakwater
Performance and hydrodynamics of an array of Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converter (WEC) integrated into a vertical breakwater is studied. The FLUENT® software, in which the numerical model is based on the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations and the Volume of Fluid method for free surface flow modeling, is used in a 3D numerical wave tank. Three vertical breakwater configurations subject to the action of incident regular waves with periods from 6 to 12 s are studied: normal breakwater, with vertical walls parallel to the direction along the breakwater length; and two novel breakwater geometries, partially and fully convergent breakwaters, whose converging vertical walls are inclined
Ano: 2024
Número Páginas:
20p..
Autor(es): Didier, E.; Teixeira, P.
Revista: Revista Renewable Energy
Editor: Elsevier
Volume:
Vol. 225 (120297).
Keywords: 3D RANS-VoF numerical wave tank; Efficiency; Vertical breakwater; Oscillating water column; Array of wave energy converters
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A RANS-based Numerical Model to Simulate Overtopping-type Wave Energy Converters Integrated into Breakwaters
This study aims to validate a numerical model based on Reynolds-averaged Navier
Ano: 2023
Número Páginas:
420
Autor(es): Didier, E.; Teixeira, P.
Revista: International Journal of Offshore and Polar Engineering
Editor: IJOPE
Volume:
Vol 33 Nº 4.
Keywords: Turbulence models; Numerical wave flume; RANS; Wave energy; Overtopping wave energy converter
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An Early Warning System for Coastal Risks Assessment
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.
Ano: 2023
Autor(es): Ferreira, Ó.; Garzon, J.L.; Ferreira, A. M.; Zózimo, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Reis, M. T. L. G. V.
Editor: World Scientific
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Conceptual and quantitative categorization of wave
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.
Ano: 2023
Autor(es): Garzon, J.L.; Ferreira, O.; Reis, M. T. L. G. V.; Ferreira, A. M.; Fortes, C. J. E. M.; Zózimo, A. C.
Revista: Scientific Reports
Editor: Communications Engineering
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Damage Evolution in Physical Scale Model Tests of a Stretch of the Breakwater of Peniche Harbour.
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
Ano: 2023
Autor(es): Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Santos, J. A.; Mendonça, A. C.
Editor: Rilem
Keywords: 3D surface model; Position sensor; Damage evolution; Breakwater
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Damage Evolution Prediction during 2D Scale-Model Tests of a Rubble-Mound Breakwater: A Case Study of Ericeira
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.
Ano: 2023
Autor(es): Lemos, R.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.
Revista: Modelling
Editor: MDPI
Keywords: Position sensor; Damage evolution; Rubble-mound breakwater
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Determination of Wave Run-Up Through the TimesTack Methology and hrough a Resistive Wave Gauge. a Comparative Analysis
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
Ano: 2023
Autor(es): Lemos, R.; Fontes, R.; Fortes, C. J. E. M.; Andriolo, U.; Rito, J.
Editor: Reterm
Keywords: Breakwater; Physical model; RimeStack; Video analysis; Run-up
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Development of a Bayesian networks-based early warning system for wave-induced flooding
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.
Ano: 2023
Número Páginas:
19p..
Autor(es): Garzon, J.L.; Ferreira, Ó.; Zózimo, A. C.; Fortes, C. J. E. M.; Ferreira, A. M.; Pinheiro, L.; Reis, M. T. L. G. V.
Revista: International Journal of Disaster Risk Reduction
Editor: Elsevier
Volume:
Volume 96.
Keywords: Wave overtopping; Sandy beaches; Bayesian network; XBeach; Prediction system
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Comunicações
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Estudos de agitação e ressonância no porto de Leixões
Com vista a otimizar a geometria do prolongamento do quebra-mar exterior do Porto de Leixões, bem como avaliar os impactes desse prolongamento nas condições de agitação na praia de Matosinhos, efetuou-se a caraterização da agitação marítima na zona de estudo, considerando várias soluções alternativas para o quebra-mar. A presente comunicação descreve os estudos realizados em modelo numérico para: a) o estabelecimento de regimes de agitação no exterior do porto, b) a caracterização da agitação e ressonância no interior do porto; c) a avaliação dos impactes do prolongamento do quebra-mar nas condições de agitação da praia de Matosinhos.
Ano: 2018
Número Páginas:
474-477pp.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.; Neves, M. G.; Pinheiro, L.; Capitão, R.; Lopes, H.
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Modelação numérica; Ressonância; Agitação marítima; Porto de Leixões
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Evolução do dano num quebra-mar de taludes em cenários de alterações climáticas
No âmbito do projeto HYDRALAB+ (H2020-INFRAIA-2014-2015), foi realizado no LNEC um conjunto de ensaios em modelo físico bidimensional (2D) de um perfil de um quebra-mar de talude em enrocamento, construído à escala geométrica 1:30, para diferentes condições de agitação marítima e níveis de maré correspondentes a cenários de alterações climáticas. Estas experiências tinham como objetivo analisar o dano, o espraiamento e o galgamento, nesses cenários.Em paralelo, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), e em colaboração com Deltares, NL, foram realizados testes com a mesma configuração do quebra-mar, mas utilizando um modelo físico tridimensional (3D), à escala geométrica 1:35. Os resultados obtidos permitiram analisar a evolução do dano no manto resistente do quebra-mar (talude anterior, talude posterior e cabeça), assim como o galgamento, para condições de teste com e sem sobrelevação do nível médio da água do mar, considerando ou não a reconstrução do talude do quebramar entre testes consecutivos de uma mesma série de testes. Foram também realizados testes com ondas multidirecionais.O presente trabalho incide sobre a análise da evolução do dano para as diferentes sequências de tempestade em cenários de alterações climáticas. O dano é avaliado com base no tradicional método de contagem de blocos removidos e ainda com base no parâmetro adimensional do dano, S recorrendo a técnicas estereofotogramétricas.Em termos gerais, concluiu-se que o dano era mais elevado na proximidade do nível de repouso da água e que aumentava com a altura de onda significativa. Os danos foram, em geral, menores nos testes com ondas multidirecionais. Observaram-se, ainda, diferenças significativas entre os testes com danos cumulativos e com reconstrução do quebra-mar após cada teste. Nos ensaios realizados no LNEC com aumento do nível médio do mar e alternância entre dois níveis de maré, verificou-se um ligeiro aumento do dano devido ao aumento faixa onde ocorre erosão do perfil.
Ano: 2018
Número Páginas:
16p.
Autor(es): Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Mendonça, A. C.; Rosa-Santos, P.; Taveira-Pinto, F.; Almeida, E.; Hofland, B.
Editor: APRH
Keywords: Modelação física; Alterações climáticas; Evolução do dano
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Experimental measurments of movements and mooring forces of a ship under wave action
This paper presents a series of tests on a reduced physical model to reproduce the behavior of a moored oil tanker. The measurement techniques used and all the instrumentation are presented. Data analysis techniques are also presented. The objective of the tests is the characterization of the incident marine agitation and the response of the ship, including the movements according to 6 degrees of freedom and the forces in the mooring system.The tests were carried out in one of the tanks of the Marine Hydraulic Pavilion of the National Laboratory of Civil Engineering, using for the generation of marine agitation a batter capable of generating irregular waves.The vessel used is a scale model of the "Esso Osaka" tanker with a length of 3.43 m, a width of 0.53 m and a maximum draft of 0.23 m and is lying in terminal A of the Port of Leixões. The entire port area was built at 1:80 scale, including bathymetry and port structures. The waves are generated outside the port to the bathymetric of -20m ZHL (zero hydrographic of Leixões). Several sea states were simulated with irregular waves with periods between 10s and 16s and significant wave heights between 2m and 6m.The vessel is instrumented with an optical motion capture system according to the six degrees of freedom, composed of 4 cameras of high resolution that allows to follow the position of several targets placed in the ship and 6 load cells to measure the forces in the moorings and defenses. The measurement of free surface elevation was performed with a set of resistive probes and an ADV.
Ano: 2018
Número Páginas:
221-222pp.
Autor(es): Pinheiro, L.; Pedro, F.; Abdelwahab, H.S.; Hinostroza , M.; Santos, J. A.; Fortes, C. J. E. M.
Editor: FEUP
Keywords: Movement and force measurement systems; Marine agitation; Ship movements; Physical model
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Galgamento em estruturas de proteção marginal face à subida de nível do mar
O sistema de proteção costeira da Cova-Gala, a sul da Figueira da Foz, inclui defesas longitudinais aderentes datadas de 1975 que têm como objetivo proteger a povoação da ação do mar. Ao longo dos anos têm-se registado eventos de galgamento destas obras que colocam em risco pessoas e bens. Face a uma possível subida do nível do mar na costa oeste portuguesa, é importante analisar a sua influência no agravamento do galgamento destas estruturas. Para tal, calculou-se o galgamento com a fórmula de Mase et al. (2013) utilizando as condições de agitação ao largo e níveis de mar obtidas de modelos de hindcast. Calculou-se ainda o caudal galgado para as mesmas condições de agitação e diferentes projeções de subida do nível do mar. A comparação de resultados permitiu concluir sobre o efeito da subida do nível do mar no galgamento para os valores considerados.
Ano: 2018
Número Páginas:
455-458pp.
Autor(es): Pires, D.; Neves, M. G.; Oliveira, F. S. B. F.
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Subida do nível do mar; Estruturas de proteção marginal; Galgamento
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Influence of wave conditions in damages at scale model tests of rubble-mound breakwaters under sea level rising
Usually, physical model tests support the design of breakwaters considering different incident wave conditions, including extreme events. This paper describes two-dimensional physical model tests of a rock armour breakwater, performed at LNEC´s experimental facilities, under the framework of the HYDRALAB+ project. The goal of the present work is to evaluate damage evolution under wave conditions resulting from future climate change scenarios. Test results are presented in terms of the non-dimensional damage parameter (S) and of the percentage of displaced armour units (D). The data analysis is focused on the cumulative damage progression related with wave parameters as Hmax and H2%, for the imposed storm sequences. The use of the stability number (Ns), considering both H=Hs and H=H2% revealed a good agreement in order to characterize its relationship with damage evolution. On the other hand, the use of Hmax revealed a decrease of the linearity on damage evolution.
Ano: 2018
Número Páginas:
470-473pp..
Autor(es): Lemos, R.; Neves, M. G.; Fortes, C. J. E. M.; Mendonça, A. C.; Ramos, A.; Capitão, R.; Reis, M. T. L. G. V.
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Storm sequences; Climate change; Damage evolution; Physical model
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Influence of wave conditions in damages at scale model tests of rubble-mound breakwaters under sea level rising
Usually, physical model tests support the design of breakwaters considering different incident wave conditions, including extreme events. This paper describes two-dimensional physical model tests of a rock armour breakwater, performed at LNEC´s experimental facilities, under the framework of the HYDRALAB+ project. The goal of the present work is to evaluate damage evolution under wave conditions resulting from future climate change scenarios. Test results are presented in terms of the non-dimensional damage parameter (S) and of the percentage of displaced armour units (D). The data analysis is focused on the cumulative damage progression related with wave parameters as Hmax and H2%, for the imposed storm sequences. The use of the stability number (Ns), considering both H=Hs and H=H2% revealed a good agreement in order to characterize its relationship with damage evolution. On the other hand, the use of Hmax revealed a decrease of the linearity on damage evolution.
Ano: 2018
Número Páginas:
470-473pp.
Autor(es): Lemos, R.; Neves, M. G.; Fortes, C. J. E. M.; Mendonça, A. C.; Ramos, A.; Capitão, R.; Reis, M. T. L. G. V.
Editor: Instituto Hidrográfico
Keywords: Storm sequences; Climate change; Damage evolution; Physical model
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Modelação física do espraiamento e do galgamento de um quebra-mar de talude em cenários de alterações climáticas
Nesta comunicação descreve-se a análise bidimensional (2D) em modelo físico do espraiamento e galgamento de um quebra-mar de talude, em cenários de alterações climáticas, realizado no âmbito do projeto HYDRALAB+ (H2020-INFRAIA-2014-2015). Com efeito, a subida do nível médio do mar, bem como o aumento da intensidade e frequência de temporais, previsível em tais cenários, pode dar origem a fenómenos de espraiamento e galgamento das estruturas de proteção costeiras e portuárias, cada vez mais intensos e frequentes, tornando as estruturas mais vulneráveis, bem como as zonas por elas protegidas.Assim, num canal de ondas irregulares do LNEC, foi construído um perfil de um quebra-mar de enrocamento, à escala 1:30, e definido um programa de 15 ensaios, considerando valores de altura de onda significativa, período de pico e níveis de água representativos de condições de agitação incidente extremas, a que se poderão associar os referidos cenários de alterações climáticas.Para cada ensaio, efetuaram-se medições da elevação da superfície livre, do espraiamento e do caudal médio galgado. Os valores experimentais de espraiamento e de galgamento foram comparados com os previstos pelas formulações empíricas do EurOtop, para um dos cenários de alterações climáticas testado.
Ano: 2018
Número Páginas:
11p.
Autor(es): Mendonça, A. C.; Lemos, R.; Fortes, C. J. E. M.; Capitão, R.; Neves, M. G.; Reis, M. T. L. G. V.
Editor: APRH
Keywords: Galgamento; Espraiamento; Fórmulas empíricas; Modelação física; Alterações climáticas
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Observing and monitoring maritime works through the use of the new OSOM+ methodology
This paper describes a programme under the responsibility of LNEC for the systematic observation and monitoring of maritime works, termed OSOM+, that has successfully been applied to an extensive number of maritime structures on the Portuguese mainland coast and abroad.The OSOM+ programme comprises the following four main components for each structure: Periodic visual inspections by a trained technician; Periodic aerial inspections with a UAV/drone; The ANOSOM-GIS database, to store and/or query obtained information, as well as to diagnose present, evolution and risk conditions; A mobile, portable, application, for real-time input and visualization of the database information.This recently updated methodology encompasses a number of tools and functionalities that are illustrated in this paper with applications to a real case scenario, the Ericeira
Ano: 2018
Número Páginas:
2035-2050pp.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.; Capitão, R.; Henriques, M. J.; Lemos, R.; Neves, M. G.; Reis, M. T. L. G. V.; Silva, L. G.
Editor: FURG
Keywords: Ericeira
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Physical modelling of motions and forces on a moored ship at the Leixões port
This paper describes the physical model, experimental setup and tests performed at the Portuguese Civil Engineering Laboratory (LNEC), to study the motions and forces of a moored ship at the Leixões port, for different sea states in irregular waves. The tests were carried out at one of the wave tanks of LNEC, where the Leixões port layout was implemented at scale 1:80 with the detailed model similar to the prototype bathymetry and surrounding structures. The moored ship is a 3.43 m long scale model of the well-known
Ano: 2018
Número Páginas:
2501-2517pp.
Autor(es): Santos, J. A.; Pinheiro, L.; Abdelwahab, H.S.; Pedro, F.; Fortes, C. J. E. M.; Capitão, R.; Hinostroza , M.; Guedes Soares, C.
Editor: FURG
Keywords: Physical modelling; Irregular waves; Fenders; Mooring loads; Ship motions
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Reliability of scour protections with copula-based models
Scour protections are commonly designed according to semi-empiric methodologies, which are based on a deterministic approach. This often results in overestimated dimensions of the protection, namely, regarding the required minimum stone size for offshore engineering. Therefore, excessive costs of the protection are expected, when the deterministic design methodology is used. Moreover, these methodologies do not provide a measure of safety associated to the design of the scour protection. In this paper, one uses copulas theory to model the correlated long-term behaviour of the significant wave height and peak period. The statistical models are then used to address the probability of failure of a case study scour protection. The results show that the copula models influence the safety assessment of the scour protection. The research also includes a brief analysis of physical model tests, which were successfully used to define dynamically and statically stable scour protections for the case study analysed.
Ano: 2018
Número Páginas:
9p.
Autor(es): Fazeres-Ferradosa, T.; Taveira-Pinto, F.; Reis, M. T. L. G. V.; Neves, L.
Editor: IHCantabria
Keywords: Physical modelling; Probability of failure; Scour protection; Copula
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Capítulos de Livros
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Multi-functional artificial reefs for coastal protection
N/A
Ano: 2009
Número Páginas:
153-210 pp.
Autor(es): Voorde, M.; Antunes do Carmo, J.; Neves, M. G.
Editor: Ch. A. Hudspeth, T. E. Reeve
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Teses de Doutoramento
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Physical and Numerical Modelling of Wave Propagation Over Vegetation
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.
Ano: 2022
Autor(es): Reis, R.
Editor: IST
Keywords: Propagação/Dissipação de ondas; Análise de imagem; Movimento da vegetação; Coeficiente de arrasto; Vegetação flexível
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Modelação numérica da propagação de ondas e do comportamento de navios amarrados no interior de portos
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
Ano: 2015
Autor(es): Pinheiro, L.
Keywords: Elementos finitos; Navios amarrados; Propagação de ondas; SWAMS; Forças de difração; Modelos numéricos; Portos
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Modelação Numérica da Rebentação das Ondas. Sistema Integrado de Modelação da Agitação Marítima
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.
Ano: 2010
Autor(es): Zózimo, A. C.
Keywords: Zonas portuárias e costeiras; Variabilidades de origem geográfica; Sistema integrado; Sistema de informação geográfica; Modelação numérica da rebentação das ondas; Equação não linear de declive suave dependente do tempo
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Contribution to the design of Multi-Functional Artificial Reefs
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.
Ano: 2009
Autor(es): Voorde, M.
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos. Teses e programas de investigação do LNEC
N/A
Ano: 2003
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Ano: 2002
Número Páginas:
434 p.
Autor(es): Capitão, R.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Ano: 2002
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Modelação Estocástica Numérica e Física da Agitação Marítima
N/A
Ano: 2001
Número Páginas:
434 p.
Autor(es): Capitão, R.
Editor: ******
Info
Transformações Não-Lineares De Ondas Marítimas Em Zonas Portuárias. Análise pelo Método dos Elementos Finitos
N/A
Ano: 2001
Número Páginas:
400 p.
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Info
Interacción de ondas y grupos de ondas con estructuras de protección de costas
N/A
Ano: 1999
Número Páginas:
257 p.
Autor(es): Neves, M. G.
Editor: ******
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Relatórios
Info
Relato da missão a Bruxelas (12 a 14 de Dezembro de 1995) para participação na 1.ª Reunião do Grupo de Trabalho para a tarefa 4 da Acção COST 326 ("ECDIS - Maritime Transport").
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Relato da missão a Bruxelas (22 a 24 de Novembro de 1995) para participação na 2.ª Reunião da Acção Concertada "Added Value Services in VTMIS" do Programa Comunitário de I&D "TRANSPORTS".
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Relato da missão a Bruxelas (5 a 11 de Novembro de 1995).
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Relato da missão a Bruxelas (de 4 a 6 de Julho de 1995) para participação na 1.ª Reunião da Acção Concertada "Added Value Services in VTMIS" do Programa Comunitário de I&D "TRANSPORTES". Relatório efe
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Relato da missão a Roterdão (de14 a 24 de Junho de 1995) para participação na 5.ª Reunião do Comité de Gestão da Acção COST 326. Relatório efectuado para a JNICT
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Simulação da agitação marítima. Agitação incidente e reflectida. Separação pelo método das duas sondas.
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Capitão, R.; Carvalho, M. M.
Info
Summary presentation of the R&D project Integrated harbour navigation control system (NATO Po-Navigation).
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Summary presentation of the R&D project Integrated harbour navigation control system (NATO Po-Navigation). Documento de divulgação do Projecto NATO Po-Navigation no estrangeiro
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
Info
Valores extremos da agitação marítima. Missão a Copenhaga, Dinamarca, para participação na conferência Offshore Mechanics and Arctic Engineering de 19 a 23 de Junho de 1995.
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Capitão, R.
Info
Waterborne user's requirements.
N/A
Ano: 1995
Autor(es): Covas, J. A.
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Outros
Info
A nonlinear finite element method for wave propagation over gently varying depths
N/A
Ano: 2000
Autor(es): Fortes, C. J. E. M.; Fernandes, J. L. M.
Editor: ******
Info
Diagnóstico de Obras de Protecção Portuária
N/A
Ano: 2000
Número Páginas:
50 p.
Autor(es): Neves, M. G.; Santos, J. A.; Ferreira, Ó
Editor: ******
Info
Fenómenos de turbulência e correntes geradas pela rebentação de ondas
N/A
Ano: 2000
Número Páginas:
18 p.
Autor(es): Sancho, F. E.; Neves, M. G.; Tomasicchio, G.; Archetti, R.
Editor: ******
Info
Modelação Numérica da Evolução de Praias Estuarinas - Programa PDCTM (FCT)
N/A
Ano: 2000
Autor(es): Freire, P.; Oliveira, F. S. B. F.; Fortes, C. J. E. M.
Editor: ******
Morfodinâmica de Embocaduras Estuarinas: Análise a médio e longo prazo
Info
Quebra-mares perfurados: da caracterização do processo de interacção ondas-estrutura ao desenvolvimento de modelos de dimensionamento
N/A
Ano: 2000
Número Páginas:
50 p.
Autor(es): Sarmento, A.; Neves, M. G.; Pita, C.; Oliveira, I. M.; Pontes, T.
Editor: ******
Info
BRISA: Breaking waves interaction with sandbars
N/A
Ano: 1999
Número Páginas:
30 p.
Autor(es): Sancho, F. E.
Editor: ******
Info
Funcionalidade e estabilidade de estruturas de abrigo à acção de agitação marítima
N/A
Ano: 1999
Número Páginas:
16 p.
Autor(es): Neves, M. G.; Losada, M. A.
Editor: ******
Morfodinâmica de Embocaduras Estuarinas: Análise a médio e longo prazo
Info
PRIMO: Prediction and impacts of runup and overwashes
N/A
Ano: 1999
Número Páginas:
33 p.
Autor(es): Ferreira, Ó; Sancho, F. E.
Editor: ******
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