Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 12, Número 2, Junho 2012, Páginas 147-157

DOI: 10.5894/rgci303
* Submissão: 10 Setembro 2011; Avaliação: 4 Outubro 2011; Recepção da versão revista: 7 Janeiro 2012; Aceitação: 27 Maio 2012; Disponibilização on-line: 22 Junho 2012

Análise comparativa entre medições in situ e estimativas numéricas na Praia da Cornélia, Costa da Caparica, Portugal *

Comparative analysis between in situ measurements and numerical estimations on Cornélia Beach, Costa da Caparica, Portugal

M. V. L. Rocha ^{@, 1}, T. Moura ², C. J. E. M. Fortes ², R. Capitão ²,
M. M. Bezerra ², F. E. Sancho ²

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@ - Autor correspondente
1 - LNEC, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, Portugal; CESAM, Departamento de Física, Universidade de Aveiro, Campus de Santiago, 3810-193 Aveiro, Portugal e-mail: [email protected],
2 - LNEC, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, Portugal, e-mails: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

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RESUMO
Este artigo aborda a análise comparativa entre as medições de agitação marítima efectuadas na Praia da Cornélia (Costa da Caparica, Portugal), durante os dias 12 a 14 de Maio de 2010, e os resultados numéricos da aplicação do modelo não-linear do tipo Boussinesq, COULWAVE. Esta análise tem como principal objectivo a avaliação do desempenho deste modelo numérico na simulação da propagação de ondas em condições reais, pretendendo evidenciar, deste modo, as suas potencialidades e limitações.
As condições de fronteira do modelo foram geradas com base em séries temporais de elevação medidas a uma profundidade aproximada de 7.6 m (relativa ao zero hidrográfico – ZH). Os valores numéricos (elevação da superfície livre e a componente transversal da velocidade horizontal) foram obtidos em todo o domínio de cálculo, e em particular, nas posições dos sensores de pressão e de um correntómetro electromagnético colocado junto à linha de costa. Nas posições dos instrumentos são apresentadas análises comparativas no domínio do tempo e estatísticas de conjunto, que servem para a validação das simulações e a quantificação das diferenças observadas entre os resultados numéricos e as medições efectuadas. Analisou-se também a influência nos resultados da escolha de diferentes valores do parâmetro de início da rebentação. Finalmente, apresentam-se também resultados da análise espectral, usando dois métodos espectrais distintos (Fourier e Wavelet), para avaliar a capacidade do modelo COULWAVE na simulação de efeitos não-lineares.
Verificou-se que o modelo simula razoavelmente bem a evolução da onda desde a posição mais ao largo até à praia, antes da ocorrência de rebentação, bem como a velocidade transversal junto à costa. Em geral, tem uma maior capacidade para reproduzir as alturas do que os períodos de onda. É de notar a existência de diferenças por vezes significativas entre os valores medidos e os valores estimados pelo modelo numérico, principalmente nas zonas menos profundas, após a rebentação. No caso da velocidade transversal verifica-se que o modelo simula bastante bem a ordem de magnitude dos valores medidos, mas tem limitações em descrever o seu andamento, verificando-se, em geral, a sobrestimação da componente transversal. Ao nível espectral, o modelo é capaz de representar bastante bem a presença das frequências de maior energia registadas, mas tem dificuldades em representar a forma do espectro e a distribuição de energia por períodos ao longo do tempo, principalmente após a rebentação.
Com esta abordagem pretende-se ter uma maior confiança na utilização generalizada do modelo numérico para caracterização da agitação marítima em zonas costeiras e em escalas temporais e espaciais maiores, necessárias numa perspectiva de gestão costeira operacional.

Palavras-chave: Propagação das onda, Rebentação, Modelação Numérica, Praia da Cornélia.

ABSTRACT
This paper presents a comparative analysis between field data collected on Cornélia beach (Costa da Caparica, Portugal), between the 12th and the 15th of May of 2010 and numerical results obtained with the non-linear 2D COULWAVE model. The ultimate aim of this work is to evaluate the capacity and ability of the model to simulate both the measured wave climate conditions and the horizontal velocity.
The COULWAVE numerical model is based on Boussinesq-type equations, obtained from depth-integration of the continuity and momentum equations, assuming a multi-layer concept, and simulates the propagation of strongly non-linear and dispersive waves, across variable-depth zones. Boundary conditions were constrained based on free-surface elevation time series measured at a 7.6 m depth (Chart datum). Free-surface elevation and cross-shore velocity time series obtained for specific points of the domain were simulated by the model using 30min-long runs, while simulations for the whole domain were only carried on for 300s, due to limited computational capacity.
The numerical results are compared with free-surface elevation time series obtained with pressure sensors and horizontal velocity time series acquired with a current meter positioned near the shoreline. It is also performed a sensibility analysis of the parameter that defines the initial free surface threshold that must be exceeded for a breaking event to initiate: first, it was considered the default value for constant slope beach profiles, 0.65, and then another value, 0.35, advocated by previous authors for bar-through beach profiles.
The primary focuses of the data analysis are time-domain analysis and combined statistics (BIAS, RMSE, IC) of significant wave height and period and maximum, minimum, mean and root-mean-square cross-shore horizontal velocities, aiming the validation of the numerical data. It is further presented, for an example-case, the wave energy spectra using two distinct spectral methods (Fourier and Wavelet).
Overall, the model seems to be fairly capable of simulating the wave characteristics across the shoaling zone as well as the cross-shore velocity along the coast. In general, it has a greater capacity to reproduce the heights of the waves than the periods. It should be noted that there are sometimes large differences between the measured values and the values estimated by the numerical model, especially after the wave breaking.
For the cross-shore velocity, the model simulates quite well the right order of magnitude of the measured values, but it has limitations in describing their behaviour, and, in general, there is an overestimation of this cross-sectional component. In the spectral domain, the model is able to represent quite well the presence of the measured higher-energy frequencies recorded, but presents difficulties representing the spectrum shape and the distribution of energy for periods over time, especially after the break.
This approach aims evaluating the performance of the model on simulating the specific conditions of this particular field place, but also, in a more general way, it intends to enhance the confidence on further applications of COULWAVE to wider and longer spatial and temporal scales, which is fundamental for coastal management purposes.

Keywords: Wave propagation, Wave breaking, Nearshore currents, Numerical modeling, Cornélia beach.

 

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