Volume 12, Issue 2 - June 2012
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Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 12, Número 2, Junho 2012, Páginas 195-222
DOI: 10.5894/rgci314
* Submissão: 6 Dezembro 2011; Avaliação: 7 Janeiro 2012; Recepção da
versão revista: 17 Janeiro 2012; Aceitação: 22 Maio 2012;
Disponibilização on-line: 12 Junho 2012
Erosão de dunas com os modelos Xbeach e Litprof
Dune Erosion with the XBeach and Litprof Models
Filipa S. B. F. Oliveira 1
1 - Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Lisboa, Portugal. e-mail: foliveira@lnec.pt
RESUMO
Este estudo visa melhorar a avaliação e previsão da
vulnerabilidade/resiliência de sistemas dunares à acção das ondas em
condições de tempestade marítima. O objectivo foi avaliar o desempenho
dos modelos XBeach e Litprof na erosão de dunas. Testaram-se os modelos
para um caso de verificação de erosão de duna realizado em canal de
grande escala de laboratório. A avaliação do desempenho dos modelos
baseou-se na análise da evolução morfológica, em indicadores de impacto
(volume de erosão, recuo da duna e recuo do topo da duna) e num
indicador de erro
(Brier Skill Score). Apresentam-se e testam-se os parâmetros por defeito (standard set of parameter settings)
para ambos os modelos. Da avaliação de desempenho dos dois modelos com
os parâmetros por defeito concluiu-se que o desempenho do modelo XBeach
é bom e do modelo Litprof é fraco. Recomenda-se que numa aplicação de
engenharia para previsão da erosão de dunas, em que importa não só a
precisão como também estar do lado da segurança, o modelo XBeach com os
parâmetros por defeito deve ser usado com precaução, uma vez que o
volume de erosão foi subestimado. Apresentam-se, discutem-se e
testam-se os parâmetros de calibração para ambos os modelos.
Concluiu-se que os parâmetros mais influentes na evolução morfológica
foram: beta, break, facua, gammax, hswitch, lws e wetslp para o modelo XBeach, e Maximum Angle of Bed Slope para o modelo Litprof. Os parâmetros lws e wetslp
do modelo XBeach foram aqueles que conferiram ao perfil final uma
geometria mais próxima da configuração observada. Os resultados obtidos
para o indicador de erro BSS evidenciam que o melhor desempenho foi
obtido com alteração do parâmetro lws e que o segundo melhor desempenho foi obtido com a alteração do parâmetro wetslp, sendo a ambos atribuída a classificação de excelente. Uma vez que a modificação do parâmetro lws
permitiu melhorar a previsão de duas características fundamentais sob o
ponto de vista da engenharia que são o recuo do topo da duna e o limite
da extensão da zona activa (onde se observou a formação da barra
submersa durante a experiência), considera-se que ele é de grande
relevância na simulação da evolução da erosão de dunas com o modelo
XBeach. No seu melhor desempenho, o modelo Litprof calibrado reproduziu
correctamente o recuo do topo da duna, simulou a formação de uma barra
submersa na posição observada experimentalmente, simulou
incorrectamente o volume de erosão (cerca de metade do observado) e o
declive da duna, e consequentemente gerou um avanço da duna ao nível da
água em vez de recuo. Por este motivo, recomenda-se precaução na
aplicação do modelo Litprof para previsão da erosão de dunas. Da
comparação dos modelos morfodinâmicos XBeach e Litprof nas duas fases,
i.e., na fase de teste com os parâmetros por defeito e na fase de
calibração, concluiu-se que foi o modelo Xbeach que apresentou o melhor
desempenho neste caso de estudo. A execução deste estudo permitiu
testar e ficar a conhecer a elevada capacidade do modelo XBeach e a
razoável capacidade do modelo Litprof na previsão da erosão de dunas.
Palavras-chave: Erosão Costeira, Duna, Modelação Morfodinâmica, XBeach, Litprof.
ABSTRACT
The present study aims to improve the evaluation and prediction of the
vulnerability/resilience of dune systems to the wave action under
maritime storm conditions. The objective was to evaluate the
performance of the XBeach and Litprof deterministic numerical models
for dune erosion. The models were tested for a case of dune erosion
performed in a large scale channel laboratory test. The evaluation of
the models performance was based on the analysis of the morphological
evolution, on impact indicators (erosion volume, dune retreat and
retreat of the top of the dune) and on an error indicator (Brier Skill
Score). The default parameters (standard set of parameter settings) are
presented and tested for both models. The conclusion on the models
performance with the default parameters was that the XBeach model is
good and the Litprof model is poor. It is recommended that for an
engineering application of dune erosion prediction, where accuracy and
safety are both important, the XBeach model with the default parameters
should be applied with precaution since the erosion volume was
underestimated. The calibration parameters are presented, discussed and
tested. It was concluded that the most influent parameters on the
morphological evolution were: beta, break, facua, gammax, hswitch, lws
and wetslp for the XBeach model, and Maximum Angle of Bed Slope for the
Litprof model. The parameters lws and wetslp of the XBeach model were
those which provided to the final profile the most similar geometry to
the one observed in the laboratory experiment. The results obtained for
the error indicator BSS revealed that the best performance was obtained
by changing the calibration parameter lws and that the second best
performance was obtained by changing the calibration parameter wetslp,
having both been classified as excellent. Since the morphological
change reached by changing the lws parameter improved the prediction of
the two characteristics, which are crucial under an engineering point
of view, retreat of the top of the dune and sea side limit of the
extension of the active zone (where was observed the formation of the
submerged bar during the experiment), it was concluded that this
parameter is of great relevance in the simulation of dune erosion for
the XBeach model. The Litprof model after calibration simulated
correctly the retreat of the top of the dune, simulated the development
of the submerged bar in the location observed in the experiment,
simulated incorrectly the erosion volume (approximately half of the
observed volume) and the dune face slope, and consequently caused an
advance of the dune at the water level instead of a retreat. For this
reason, it is recommended precaution in the application of the Litprof
model for dune erosion. From the comparison of the XBeach and Litprof
models in both stages, i.e., in the stage of testing the default
parameters and in the stage of calibration, it was concluded that it
was the XBeach model that had the best performance in this case study.
This study allowed testing and acknowledging the high capacity of the
XBeach model and the reasonable capacity of the Litprof model in the
prediction of dune erosion.
Keywords: Coastal Erosion, Dune, Morphodynamic Modelling, XBeach, Litprof.
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