Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 20, Issue 2, June 2020, Pages 145-150

DOI: 10.5894/rgci-n303
* Submission: 30 SEP 2019; Peer review: 26 NOV 2019; Revised: 18 APR 2020; Accepted: 18 APR 2020; Available on-line: 19 SEP 2020

Experiences with SWASH on modelling wave propagation over vegetation: comparisons with lab and field data

Rui Almeida Reis^{@, 1, 2}, António A. Pires-Silva¹, Conceição Juana Fortes², Tomohiro Suzuki^{3, 4}

^@ Corresponding author: [email protected]
¹ CERIS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Avenida Rovisco Pais 1, 1049-001 Lisboa, Portugal
² DHA, Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Avenida do Brasil 101, 1700-066 Lisboa, Portugal
³ Flanders Hydraulics Research, Berchemlei 115, 2140 Antwerp, Belgium. Email: [email protected]
⁴ Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Stevinweg 1, 2628 CN Delft, the Netherlands

ABSTRACT
The vegetation capacity to protect the coasts from wave action is becoming more important and attractive due to ongoing sea level rise and increasing storminess. In addition, it is a quite environmentally friendly way. Quantifying the vegetation effect in wave propagation will be relevant for coastal management. A non-hydrostatic wave model based on the nonlinear shallow water equations, SWASH, offers opportunities to quantify the wave dissipation effect in vegetation fields. However, limited applications of SWASH addressing this subject can be found in the literature and therefore it is important to enhance the existing knowledge on the model behaviour. In this research, in order to understand the characteristics of the SWASH model further, the model is applied to reproduce the significant wave height (Hs ) evolution over vegetation fields measured in flume experiments and in field campaign. Overall, SWASH performed very well in reproducing the Hs evolution measured both in the laboratory and in the field. In the case of flume data, the statistical scores MBE, RMSE and MRE, showed that the SWASH performance clearly improved when increasing the number of vertical layers assumed in the simulations. In the case of field data, considering a vegetation factor (Vf ) between 0.1 and 0.5, that represents the overall effect of scarcely known numerical vegetation parameters, led to a fairly good SWASH performance in modelling the Hs evolution over vegetation.

Keywords: Wave propagation, Vegetation, SWASH model, Wave dissipation, Model-data comparisons .

RESUMO
A capacidade da vegetação de proteger a costa da acção das ondas é cada vez mais importante e atractiva, devido ao aumento do nível do mar assim como das tempestades. Além disso, é uma abordagem ecológica de protecção costeira. A quantificação do efeito da vegetação na propagação de ondas torna-se relevante para a gestão costeira. Um modelo de ondas não hidrostático baseado nas equações não lineares de águas pouco profundas, o SWASH, possibilita quantificar o efeito de dissipação das ondas em campos de vegetação. No entanto, existem ainda, na literatura, poucas aplicações do SWASH a este fenómeno, e portanto, é particularmente importante aumentar o conhecimento sobre o comportamento deste modelo. Nesta investigação, para compreender melhor as características do SWASH, este foi aplicado na reprodução dos resultados de altura significativa de onda (Hs ) sobre vegetação, obtidos num canal de ondas e numa campanha de campo. No geral, o SWASH teve um bom desempenho na simulação da Hs obtida tanto no laboratório como no campo. No caso dos dados de laboratório, os valores estatísticos MBE, RMSE e MRE indicam claramente que o desempenho do SWASH melhorou ao aumentar o número de camadas verticais considerado nas simulações. Na aplicação a dados de campo, ao considerar um factor de vegetação (Vf ) entre 0,1 e 0,5, que representa o efeito geral de parâmetros numéricos da vegetação com pouca informação disponível, levou a um razoável desempenho do SWASH na simulação da Hs .

Palavras-chave: Propagação de ondas, Vegetação, Modelo SWASH, Dissipação de ondas, Comparações Modelo-Dados.