Revista de Gestão Costeira Integrada
Volume 12, Número 3, Setembro 2012, Páginas 291-312

DOI: 10.5894/rgci322
* Submission: March 11, 2011; Evaluation: May 24, 2011; Reception of revised manuscript: August 12, 2011; Accepted: September 16, 2011; Available on-line: July 27, 2011

Metodologia de avaliação do risco associado ao galgamento de estruturas marítimas. Aplicação ao porto e à baía da Praia da Vitória, Açores, Portugal *

Risk assessment methodology for the overtopping of maritime structures. application to the port and bay of Praia da Vitória, Azores, Portugal

Diogo Ruben Neves ^{@, 1}, João Alfredo Santos ², Maria Teresa Reis ¹, Conceição Juana Fortes ¹, Anabela Simões ³, Eduardo Brito Azevedo ⁴, Maria da Conceição Rodrigues ⁵

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@ - Corresponding author
1 - LNEC, Av. do Brasil, 101, 1700-066 Lisboa, Portugal. e-mails: dneves@lnec.pt, treis@lnec.pt, jfortes@lnec.pt
2 - ISEL, R. Conselheiro Emídio Navarro, 1, 1959-007 Lisboa, Portugal. jasantos@dec.isel.ipl.pt
3 - Universidade dos Açores, LAMTEC, 9700-416 Praia da Vitória, Portugal, anabela@uac.pt
4 - Universidade dos Açores, Terra Chã, 9701-851 Angra do Heroísmo, Portugal, edubrito@uac.pt
5 - Administração dos Portos da Terceira e Graciosa S.A., Zona Portuária, Cabo da Praia, 9760-571 Praia da Vitória, Portugal. mcrodrigues@aptg.pt

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RESUMO
Neste trabalho, descreve-se a metodologia desenvolvida para a avaliação do risco associado à ocorrência de galgamentos de estruturas portuárias e costeiras que foi implementada no sistema integrado de apoio à decisão na gestão portuária e costeira, GUIOMAR.
Componente básica desta metodologia é a caracterização da agitação marítima incidente no trecho da estrutura em estudo e a estimação dos valores correspondentes do caudal médio galgado por unidade de comprimento do coroamento daquela estrutura. A determinação da agitação marítima é efetuada recorrendo a uma metodologia de acoplamento de modelos numéricos de propagação de ondas, com base em dados de agitação marítima provenientes de bóias ou de modelos regionais de previsão da agitação. O cálculo dos galgamentos é efetuado com recurso a uma ferramenta baseada na análise de redes neuronais.
A avaliação simplificada do risco dos galgamentos aqui apresentada resulta da combinação dos valores da probabilidade e das consequências associados à ocorrência de caudais médios galgados que ultrapassam um determinado limiar de caudal galgado. Embora a definição deste limiar dependa das consequências dos galgamentos para a zona em estudo, considera-se apenas um valor para as consequências da ultrapassagem do limiar fixado, sem refletir a expectável variação dos prejuízos com o valor do caudal galgado. A probabilidade de excedência do limiar é determinada calculando o quociente entre o número de estados de agitação marítima incidentes na estrutura em que tal ultrapassagem ocorreu pelo número total de estados de agitação marítima incidentes na zona em estudo.
Uma vez obtido o valor do risco é possível representar graficamente o grau de risco e o grau de aceitabilidade desse mesmo risco em cada zona e estrutura estudada. Esta informação é crucial do ponto de vista de planeamento a longo prazo de intervenções em zonas portuárias ou costeiras .
Testou-se a metodologia com três trechos distintos de estruturas de proteção costeira ou portuária existentes na baía da Praia da Vitória, Ilha Terceira, Açores, onde se localiza o porto da Praia da Vitória. Os trechos estudados são: a secção do molhe sul do porto que protege diretamente o cais 12, um trecho da proteção marginal da baía diretamente em frente à entrada da baía da Praia da Vitória e o trecho corresponde ao perfil corrente do enraizamento do esporão existente na mesma zona. Em qualquer dos trechos estudados, avaliou-se o risco associado ao galgamento provocado pela agitação marítima incidente, sendo esta caraterizada pelas previsões correspondentes aos anos de 2009 e de 2010.
Verificou-se que a metodologia aqui apresentada é simples e eficaz e que pode ser facilmente estendida a outros tipos de risco (navegação, inundação, etc.). Mais ainda, a metodologia agora implementada no sistema GUIOMAR constitui mais um passo e um contributo valioso no sentido de o tornar um sistema mais robusto e eficaz de apoio à gestão portuária e costeira.

Palavras-chave: Avaliação de risco, GUIOMAR, Propagação de ondas, Modelos neuronais.

ABSTRACT
The present work describes the methodology developed to assess the overtopping risk of port and coastal structures that was implemented on GUIOMAR, an integrated decision support system for port and coastal management, developed by the National Laboratory for Civil Engineering (LNEC), Portugal, whose focus is to prevent and support the management of emergency situations and the long-term planning of interventions in the study area.
The incident wave climate and the corresponding mean overtopping discharges per unit length of the crest of the studied structure are the basis of the above referred methodology.
The sea state determination is performed by coupling numerical wave propagation models using input wave data from wave-buoys or regional forecast wave models. The overtopping calculation is carried out with the NN_OVERTOPPING2 tool, which is based on neural network modelling. This tool was developed as part of the European project CLASH to predict Froude-scaled mean wave overtopping discharges, q, and the associated confidence intervals for a wide range of coastal structure types (such as dikes, rubble mound breakwaters, and caisson structures). In addition, prototype mean overtopping estimations, allowing for scale and model effects, are provided.
The presented overtopping risk assessment methodology is based on four major steps: (i) the determination of wave overtopping over the studied structure considering the incident sea waves in the period between 2009 and 2010; (ii) the determination of the probability of overtopping exceeding pre-determined thresholds and corresponding probability levels; (iii) the establishment of the levels of consequences associated to the occurrence of overtopping that exceeds those thresholds; (iv) the combination of the above steps to assess overtopping risk levels.
Once obtained the risk level, it is possible to plot it on a map, as well as the acceptability level of that risk in each studied zone or structure. This information is crucial for the management of long-term interventions on port and coastal areas.
The methodology was tested for three different structure cross-sections of the port and bay of Praia da Vitória, at Terceira Island, Azores: the cross-section of the south breakwater that directly protects the dock 12 of the port, the cross-section of the seawall directly in front of the entrance of the bay of Praia da Vitória and the cross-section of the root of an existing groyne in the same area. In all studied sections, the risk of overtopping caused by the incident sea waves was characterized for the two-year period between 2009 and 2010.
The presented methodology proved to be simple and effective enabling the easy extension to other types of risk (navigation, floods). Moreover, the methodology implemented on the GUIOMAR system is a step forward and a valuable contribution to make a more robust and effective support to the port and coastal management.

Keywords: Risk Assessment, GUIOMAR, Wave propagation, Neural network models.

 

Besley, P. (1999) - Overtopping of Seawalls: Design and Assessment Manual. 51p., HR Wallingford Ltd, R&D Technical Report W178, Bristol, UK.

Booij, N.; Ris, R.C.; Holthuijsen, L.H. (1999) - A third-generation wave model for coastal regions, Part I, Model description and validation. Journal of Geophysical Research, 104(C4):7649-7666. doi:10.1029/98JC02622

Coeveld, E.M.; Van Gent, M.R.A.; Pozueta, B. (2005) - Neural Network. Manual NN_OVERTOPPING 2. CLASH Workpackage 8. 38p., WL/Delft Hydraulics Report, Delft, Netherlands. http://repository.tudelft.nl/view/hydro/uuid%3Abf81b442-f3ed-4a6f-
9b62-0c1dbb1e4c6c/.

Consulmar / Morim de Oliveira (2005) - Empreitada de Reabilitação e Reordenamento do Porto da Praia da Vitória. Projecto de Execução ­ Memória Descritiva e Justificativa. 22p., Lisboa, Portugal. Não publicado.

De Rouck, J.; Geeraerts, J.; Trouch, P.; Kortenhaus, A.; Pullen, T.; Franco, L. (2005) - New results on scale effects for wave overtopping at coastal structures. Proceedings of ICE Coastlines, Structures & Breakwaters ‘05, pp.29-43, Thomas Telford, London, UK.

Fortes, C.J.E.M. (2002) - Transformações não lineares de ondas em zonas portuárias. Análise pelo método dos elementos finitos. 446p., Dissertação de doutoramento, Universidade Técnica de Lisboa / Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal. Não publicado.

Neves, D.R.C.B.; Zózimo, A.C.; Pinheiro, L.V.; Fortes, C.J.E.M. (2009) - GUIOMAR: Geo(graphical) User Interface for cOastal and MARine Modeling. Wave regime at Sines. Journal of Coastal Research (ISSN: 0749-0258), SI56:1542–1546. Disponível em http://e-geo.fcsh.unl.pt/
ICS2009/_docs/ICS2009_Volume_II/1542.1546_D.Neves_ICS2009.pdf

Neves, D.R.C.B.; Rodrigues, S.; Reis, M.T.; Fortes, C.J.E.M.; Santos, J.A. (2010) - Aplicação ao porto de Sines de uma nova metodologia de avaliação do risco para a navegação portuária utilizando o sistema de informação geográfica GUIOMAR. Revista Gestão Costeira Integrada, 10(4):483-504. Disponível em http://www.aprh.pt/rgci/pdf/rgci-232_Neves_small.pdf

Neves, D.R.; Rodrigues, S.; Fortes, C.J.; Reis, M.T.; Santos, J.A.; Capitão, R. (2012) - Application to the port of Sines of a new tool for risk assessment in port navigation. Journal of Coastal Conservation. (in press). doi: 10.1007/s11852-012-0190-7.

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

Reis, M.T.; Hu, K.; Hedges, T.S.; Mase, H. (2008) - A comparison of empirical, semiempirical, and numerical wave overtopping models. Journal of Coastal Research, 24(2B):250-262. doi: 10.2112/05-0592.1.

Tolman, H.L. (1999) - User Manual and System Documentation of WAVEWATCH-III Version 1.18. NOAA/NWS/NCEP/OMB Technical Note 166, 110 pp, Washington, E.U.A.. http://polar.ncep.noaa.gov/mmab/papers/tn166/OMB_166.pdf

Van Der Meer, J.W.; Van Gent, M.R.A.; Pozueta, B.; Verhaeghe, H., Steendam, G.J.; Medina, J.R. (2005) - Applications of a neural network to predict wave overtopping at coastal structures. Proceedings of ICE Coastlines, Structures & Breakwaters’05, pp.259-268, Thomas Telford, London, UK.

Van Gent, M.R.A.; Pozueta, B.; Van Den Boogaard, H.F.P.; Medina, J.R. (2005) - D42 Final Report on Generic Prediction Method. CLASH Workpackage 8. 33p., WL/Delft Hydraulics Report, Delft, Netherlands. http://repository.tudelft.nl/assets/uuid:8213517a-30d0-491e-9aa8-
d3725e664add/TLJ70060020.pdf.

WW (2007) - Remodelação e Ampliação da Marginal da Praia da Vitória. 1.2 - Projeto de Ordenamento e Valorização da Orla Marítima. Projecto de Execução - Memória Descritiva. 68p., WW - Consultores de Hidráulica e Obras Marítimas, Lisboa, Portugal. Não publicado.

Zózimo, A.C.; Fortes, C.J.E.M. (2007) - Estado actual e desenvolvimentos futuros do sistema integrado de apoio à tomada de decisão em engenharia costeira: GUIOMAR - Tecnologias da Água, 52 (Edição IV):54-65, Lisboa, Portugal.

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