Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 12, Número 3, Setembro 2012, Páginas 323-342

DOI: 10.5894/rgci323
* Submission: March 27, 2012; Evaluation: May 6, 2012; Reception of revised manuscript: June 11, 2012; Accepted:: June 16, 2012; Available on-line: June 20, 2012

Aplicação de Modelação Numérica e Física para o Estudo da Reabilitação e Proteção da Praia de Colwyn Bay, País de Gales, Reino Unido *

Application of Numerical and Physical Modelling to Study the Reabilitation and Protection of Colwyn Bay Beach, Wales, U.K.

Filipa S. B. F. Oliveira ^{@, 1}, Maria Teresa Reis ¹, Paula Freire ¹,
Maria Graça Neves ¹, Francisco Sancho ¹, Luís G. Silva ¹,
Manuel Clímaco ¹, Claudino M. Vicente ¹

---

@ - Autora correspondente
1 - Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal. e-mails: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

---

RESUMO
Neste artigo descreve-se um estudo de avaliação da dinâmica costeira com vista à reabilitação e proteção da praia de Colwyn Bay, no País de Gales, Reino Unido, em avançado estado de erosão e degradação das suas funções recreativa e de proteção costeira. O estudo insere-se no âmbito de uma estratégia de gestão costeira baseada em defesa da acção do mar. Numa primeira fase, foi caracterizada a dinâmica da praia, através da avaliação da evolução morfológica tridimensional do topo e da face de praia, da composição sedimentológica recente da mesma zona, da hidrodinâmica da praia, com base em séries temporais de agitação marítima e nível do mar (incluindo as componentes de maré e sobrelevação de origem meteorológica), e da distribuição do transporte sedimentar longitudinal na zona ativa submersa. Numa segunda fase, de simulação e avaliação de soluções alternativas, baseadas numa estratégia de alimentação artificial, definiu-se e testou-se o perfil de enchimento, bem como soluções de longo prazo, algumas com estruturas de retenção/proteção (esporões, esporões em Y e quebra-mares destacados). Nestes testes foi utilizada a modelação numérica para a análise da morfodinâmica transversal da praia a curto prazo, no caso do perfil de enchimento, e da evolução da linha de costa a longo prazo, no caso da forma plana da praia com e sem estruturas. As diversas metodologias de análise aplicadas e respetivos resultados são também descritos neste artigo com detalhe. Também no âmbito do teste de soluções de reabilitação da praia, foram realizados testes em modelo físico para análise da estabilidade e dos galgamentos para várias soluções alternativas do perfil transversal da defesa longitudinal aderente de enrocamento do extremo Este de Colwyn Bay. O estudo, com base na análise comparativa de soluções alternativas, permitiu definir o volume mínimo de alimentação artificial necessário à reabilitação e proteção da praia, qual a solução com melhor desempenho na retenção do enchimento da praia, e quais as características mais eficazes do perfil da defesa longitudinal (inclinação do talude do manto exterior, geometria do muro-cortina, geometria e permeabilidade da berma do coroamento) no que diz respeito à estabilidade do manto e aos galgamentos. Apresentam-se também recomendações relativamente às necessidades de execução de uma análise custo-benefício das soluções de alimentação com melhor desempenho e de monitorização da futura praia, e recomendações sobre aspetos adicionais a considerar no projeto de execução da defesa longitudinal.

Palavras-chave: Erosão Costeira, Alimentação Artificial, Estruturas Costeiras.

ABSTRACT
Colwyn Bay is a seaside holiday resort, located in the North Wales coastline of the United Kingdom, which faces the Irish Sea. It has an historic link with tourism, which drives the economy of the coastal region through the development of the town’s frontage and associated coastal and marine environments. The study here described aimed to rehabilitate and protect Colwyn Bay beach, which is undergoing an advanced process of erosion and degradation of its recreational, bathing and coastal protection functions. Due to the notable reduction of the beach width and lowering of the beach berm and face, seawall overtopping and consequent flooding of the promenade occur frequently under sea storm events. For this reason, the Conwy County Borough Council decided on the development of a coastal defence strategy plan for Colwyn Bay. The present paper describes the study performed. The characterization of the beach dynamics was performed in a first stage. It was evaluated the three-dimensional evolution of the beach face and backshore, the recent sedimentologic contents of the same zone, the beach hydrodynamics, based on a wave climate series at three inshore points in front of the beach and on the analysis of a tidal and a surge levels series, the evaluation of the beach submerged active zone and the evaluation of the cross-shore distribution of the sediment drift. In a second stage, a stage of simulation and evaluation of alternative solutions based on a beach nourishment strategy, it was defined and tested the recharged beach profile and tested the long-term solutions, some of them with retention/protection structures (groynes, fishtail groynes and detached breakwaters). These tests were based on numerical modelling of the short-term cross-shore morphodynamics in the case of the recharged beach profile, and on numerical modelling of the long-term shoreline evolution in the case of the beach planform with and without structures. The several methodologies of analysis applied and the respective results are described in detail. Also within the scope of testing beach rehabilitation solutions, physical modelling was performed of the armour stability and wave overtopping for the several alternative cross-sections considered for the new linear defence at the Eastern frontage of Colwyn Bay. The main conclusions of the study, achieved through the comparative analysis of alternative solutions, were on the minimum volume of artificial beach nourishment required for the beach rehabilitation and protection, on the solution with best performance in retaining the beach recharge in the long-term, and on the most effective characteristics of the cross-section of the linear defence (armour slope, concrete wall geometry, geometry and permeability of the crest berm) concerning armour stability and wave overtopping. Recommendations regarding the need to execute a cost-benefit analysis for the beach nourishment solutions with best performance, monitoring the future beach and considering additional aspects for the design of the linear defence were pointed out.

Keywords: Coastal Erosion, Beach Nourishment, Coastal Structures.

 

Bernabeu, A.M.; Medina, R.; Vidal, C. (2003) - A morphological model of the beach profile integrating wave and tidal influences. Marine Geology, 197(1-4):95-116. doi:10.1016/S0025-3227(03)00087-2.

Capitão, R. (2002) - Modelação estocástica numérica e física da agitação marítima. 434p., Tese de Doutoramento, Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal. Não publicado.

CCBC (2007) - Colwyn Bay Coastal Defence Strategy Plan. Stage 2: Strategic Assessment and Proposals – Draft for Consultation. 8p., Conwyn County Borough Council, Wales.
http://www.conwy.gov.uk/upload/public/attachments/
311/English_CBSP_Stage_2_Strategic_Assessment_Exec_Summary_
Draft_for_Consultation_Nov_07.pdf.

CIRIA/CUR/CETMEF (2007) - The Rock Manual: C683 - The Use of Rock in Hydraulic Engineering (2nd edition). 1304p., CIRIA - Construction Industry Research & Information Association, CUR - Centre For Civil Engineering, Londres, Reino Unido. ISBN: 978-0860176831.

de Rouck, J.; Geeraerts, J.; Troch, P.; Kortenhaus, A.; Pullen, T.; Franco, L. (2005) - New results on scale effects for wave overtopping at coastal structures. Proceedings of Coastlines, Structures & Breakwaters ’05, pp. 29-43, ICE, Thomas Telford, Londres, Reino Unido.

DEFRA (2006) - Flood and Coastal Defence Project Appraisal Guidance, FCDPAG3 Economic Appraisal – Supplementary Note to Operating Authorities - Climate Change Impacts. 9p., DEFRA ‑ Department for Environment, Food and Rural Affairs, Reino Unido, Disponível em http://archive.defra.gov.uk/environment/flooding/documents/policy/
guidance/fcdpag/fcd3climate.pdf.

DHI (2008) - Litpack. Noncohesive Sediment Transport in Currents and Waves. User Guide. Danish Hydraulic Institute, Hørsholm, Dinamarca.
HR Wallingford (2004) - Conwy Tidal Flood Risk Assessment - Stage 1 Report. Report EX 4667 (release 3.0), s/p., Conwy, País de Gales, Reino Unido. Disponível em http://conwyfloodmap.hrwallingford.co.uk/
report/HRWallingford_ConwyFRA_Stage1_Report_EX4667.pdf

Hughes, S.A. (1993) - Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering. 568p., Advanced Series on Ocean Engineering – Vol. 7, World Scientific, Singapura. ISBN 981-02-1540-1.

Kamphuis, J.W. (1991) – Alongshore sediment transport rate. Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, 117(6):624-640.
doi: 10.1061/(ASCE)0733-950X(1991)117:6(624)

Pawlowicz, R.; Beardsley, B.; Lentz, S. (2002) - Classical Tidal Harmonic Analysis Including Error Estimates in MATLAB using T_TIDE. Computers and Geosciences, 28(8):929-937.
doi: 10.1016/S0098-3004(02)00013-4.

Pullen, T.; Allsop, N.W.H.; Bruce, T.; Kortenhaus, A.; Schuttrumpf, H.; Van der Meer, J.W. (2007) - EurOtop: Wave Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assessment Manual. 178p., Environment Agency, Reino Unido, Expertise Netwerk Waterkeren, Holanda e Kuratorium fur Forschung im Kusteningenieurwesen, Alemanha. ISBN 978-3-8042-1064-6. http://www.overtopping-manual.com/eurotop.pdf

Reis, M.T.; Neves, M.G.; Silva, L.G.; Williams, A.; Hu, K.; Winfield, P. (2010) - Physical model tests of new linear defences for Colwyn Bay. Proceedings 3rd International Conference on the Application of Physical Modelling to Port and Coastal Protection, CoastLab10, Barcelona, Espanha. Disponível em http://www.coastlab10.com.

Thieler, E.R.; Himmelstoss, E.A.; Zichichi, J.L.; Ergul, A. (2009) - Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version 4.0 - An ArcGIS extension for calculating shoreline change. U.S. Geological Survey Open-File, Report 2008-1278, Woods Hole Coastal and Marine Geology Team, Woods Hole, MA, U.S.A. Disponível em http://woodshole.er.usgs.gov/project-pages/dsas/version4/

Troch, P. (2005) - User Manual: Active Wave Absorption System. 43p. Gent University, Department of Civil Engineering, Gent, Bélgica.

Vicente C.M.; Clímaco, M. (2003) - Evolução de Linhas de Costa. Desenvolvimento e Aplicação de um Modelo Numérico. 167p. ICT/ITH-42, LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal.

Vicente, C.M. (1991) - Aperfeiçoamento de Métodos de Modelação Matemática e Física Aplicáveis a Problemas de Dinâmica Costeira. 147p., LNEC – Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal.

em construção