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- EU water framework directive: will the nitrate load reduction from diffuse sources produce the same results in all estuaries?Publication . Martins, Flávio Augusto Bastos da CruzThe impact of urban waste-water and non-point nitrate discharges in estuarine and near-shore coastal waters are analyzed. The study is focused on the effects of applying the European directives 91/271/EEC and 91/676/EEC to these systems. 4 Portuguese estuaries and two coastal lagoons with different characteristics are studied. A modelling system is applied and calibrated in each system. Three nitrate load scenarios are examined. It is shown that the morphologic and hydrodynamic characteristics of the domain largely control the ecological processes in these systems. The primary production limitation factors are split into “biologic” and “hydrodynamic” components. The physical limitation due to hydrodynamic and residence time is the most important factor. The combined limitation of “biologic” factors (temperature, light and nutrients availability) control productivity only in the systems where physical limitation is not important.
- Hydrodynamic model intercomparison for the patos lagoon (Brazil)Publication . Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Fernandes, Elisa H. L.An intercomparison study is carried out between two models with different formulations and spatial discretizations in order to overcome the limitations posed by the standard calibration and validation procedures and improve confidence in the hydrodynamic results for the Patos Lagoon. Numerical simulations were carried out applying the TELEMAC and MOHID models, based on the same boundary conditions and identical calibration coefficients so differences in calculated flow conditions result from the formulations and parameterizations of each model. Results from both models are compared with measurements from three stations inside the lagoon. Preliminary results indicate that both models compare well with the measurements and with each other. These results increase the confidence on hydrodynamic results for the Patos Lagoon and provide the first step towards water quality studies for the area.
- Metodologia de gestão dinâmica do estuário do SadoPublication . Caeiro, S.; Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Costa, Maria H.; Painho, M.; Neves, R.O estuário do Sado é um sistema litoral onde existem conflitos de gestão ambiental, uma vez que por um lado, localiza-se junto da zona industrial da Península de Setúbal e por outro lado, uma grande parte da sua área está classificada como Reserva Natural. Sendo uma área de especial sensibilidade, torna-se necessário implementar modelos de gestão, que passam pela elaboração de metodologias que avaliem o estado de qualidade da zona costeira. O objectivo deste trabalho é apresentar uma metodologia conceptual de gestão do estuário do Sado, ligado a um modelo dinâmico e ecológico suportado por uma infraestrutura de informação do tipo DPSIR e com base num sistema SIG (Sistema de Informação Geográfica). Desta forma pretende-se integrar a avaliação da qualidade do ecossistema, com base em indicadores da qualidade ambiental previamente seleccionados, com informação socio-económica. Nesta metodologia as propostas de intervenção e a avaliação do seu impacte no estuário são baseadas nos dados ambientais recolhidos e nas previsões dos efeitos dessas acções. Pretende-se que a modelação dinâmica e ecológica do sistema desempenhe um papel fundamental tanto na caracterização do estuário como nas propostas de intervenção. A simulação permite a caracterização do sistema, a comparação de cenários alternativos e a quantificação do impacte de acções de intervenção. Os dados de campo e os resultados da modelação são integrados numa plataforma comum que facilite o relacionamento e o cruzamento de toda a informação. Esta metodologia permitirá assim a elaboração de uma interface de suporte à gestão/decisão do Estuário do Sado para entidades com poder de decisão sobre este ecossistema.
- Influence of the Barrie de la Maza dock on the circulation pattern of the Ría of a Coruña (NW-Spain)Publication . Gómez-Gesteira, Moncho; Decastro, Maite; Prego, Ricardo; Martins, Flávio Augusto Bastos da CruzA 3D hydrodynamical model is applied to the ria of A Coruña to analyze the evolution of the circulation pattern in the ria after the building of a breakwater (Barrie de la Maza dock) in the sixties. This circulation pattern has changed greatly. On the one hand, the circulation, which was almost parallel to the shore line under the original conditions, now shows a gyre near the end of the dock. On the other hand, a considerable increase (about 30%) in the velocities near the end of the breakwater and in the main channel of the estuary has been observed after the building of the dock. A stronger bottom shear stress has been generated in the estuary areas where the velocity increased. The bottom shear stress increase was particularly great (over 100%) near the end of the dock. This increase in the shear stress produced bottom erosion and matter resuspension, and consequently major changes in the bathymetry. In addition, in situ sedimentary measurements carried out by Lopez-Jamar (1996) corroborate the bottom erosion in the main chanel of the estuary and at the end of the dock produced by the velocity increase generated by the building of the breakwater.
- Modelação ecológica no estuário do SadoPublication . Martins, Flávio Augusto Bastos da CruzOs modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos matemáticos para simular o comportamento hidrodinâmico e biológico do estuário do Sado. Estudos experimentais de análise da evolução da biomassa de fitoplâncton durante os últimos 10 anos indicam que o ecossistema se encontra numa situação relarivamente estável, exibindo pouca tendência para a eutrofização (Cabeçadas, 1993). Neste Artigo procura-se caracterizar o estado trófico do sistema, confirmar as conclusões obtidas experimentalmente e interpretar os processos que ocorrem na região do estuário.
- Hydroinformatics based decision.making integrating modelling, sampling and profiling: the Ria Formosa casePublication . Venâncio, A.; Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Neves, R.A Waste Water monitoring program aiming to help decision making is presented. The program includes traditional and inboard sensor sampling, hydrodynamic and water quality modeling and a GIS based database to help the decision making of manager authorities. The focus is in the quality of waters receiving discharges from Waste Water Treatment Plants. Data was used to feed model simulations and produce hydrodynamic, effluent dispersion and ecological results. The system was then used to run different scenarios of discharge flow, concentration and location. The results enable to access the current water quality state of the lagoon and are being used as a decision making tool by the waste water managers in the evaluation phase of the treatment plant project to decide the location and the level of treatment of the discharge.
- A methodology to estimate the residence time of estuariesPublication . Braunschweig, Frank; Chambel, Paulo; Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Neves, R.The residence time has long been used as a classification parameter for estuaries and other semi- enclosed water bodies. It aims to quantify the time water remains inside the estuary, being used as an indicator both for pollution assessment and for ecological processes. Estuaries with a short residence time will export nutrients from upstream sources more rapidly then estuaries with longer residence time. On the other hand the residence time determines if micro-algae can stay long enough to generate a bloom. As a consequence, estuaries with very short residence time are expected to have much lower algae blooms, then estuaries with longer residence time. In addition, estuaries with residence times shorter than the doubling time of algae cells will inhibit formation of algae blooms (EPA, 2001). The residence time is also an important issue for processes taking place in the sediment. The fluxes of particulate matter and associated adsorbed species from the water column to the sediment depends of the particle’s vertical velocity, water depth and residence time. This is particularly important for the fine fractions with lower sinking velocities. The question is how to compute the residence time and how does it depend on the computation method adopted.
- Modelação matemática tridimensional de escoamentos costeiros e estuarinos usando uma abordagem de coordenada vertical genéricaPublication . Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz
- A three-dimensional hydrodynamic model with generic vertical coordinatePublication . Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Neves, R.; Leitão, Paulo ChambelA three-dimensional primitive equation model and its application to a tidal estuary is described. The model solves the primitive equations for incompressible fluids with Boussinesq and hydrostatic approximations. The discretization is based on the finite volume method and allows a general vertical coordinate. The computational code is implemented in such a way that different vertical coordinates can be used in different parts of the domain. The model was designed to be able to simulate the flow both in the open ocean and in coastal and estuarine zones and can be coupled in a simple way to ecological models. The model was implemented successfully in several estuarine and coastal areas. Results are show for the Sado estuary in Portugal to illustrate model accuracy and potential. Quantitative validation is based on field data (water levels and velocities) while qualitative verification is based on the analysis of secondary flows.
- Modelação do impacte produzido pelo aumento de nutrientes na produção primária do estuário do SadoPublication . Martins, Flávio Augusto Bastos da Cruz; Neves, R.; Pina, PedroOs modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos para caracterizar o estado trófico do estuário do Sado e para prever a sua evolução baseada em diferentes cenários de intervenção humana. Analisa-se em pormenor o efeito do aumento de nutrientes introduzidos no estuário através do rio. Este estudo permite tirar conclusões sobre o impacte que esse aumento terá sobre o estuário. O sistema de modelação é composto por um modelo hidrodinâmico tridimensional às equações primitivas e modelos de transporte acoplados a modelos de transporte de sedimentos, modelos de qualidade da água e modelos ecológicos. O modelo hidrodinâmico encontra-se calibrado e validado para o sistema. Utilizam-se dados de campo de nutrientes e de fitoplâncton para comparação com os resultados do modelo. Analisam-se as características do sistema e efectua-se uma análise de sensibilidade do comportamento biológico do estuário face ao aumento da carga de nutrientes. As conclusões principais são: Confirmação da adequabilidade da metodologia utilizada para a simulação da situação actual do estuário; Pequena sensibilidade do estuário a aumentos moderados da carga de nutrientes; Sensibilidade moderada do estuário para elevadas cargas de nutrientes.
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