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Application of SWASH to determine overtopping during storm events in the port of Ericeira and its introduction into HIDRALERTA system
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Zózimo, Ana Catarina | |
| dc.contributor.advisor | Hervas, Juan Luis Garzon | |
| dc.contributor.author | Manz, Anika | |
| dc.date.accessioned | 2023-07-01T11:39:03Z | |
| dc.date.available | 2023-07-01T11:39:03Z | |
| dc.date.issued | 2021-12-14 | |
| dc.description.abstract | The assessment of wave-induced overtopping in coastal areas is fundamental for the implementation of local safety measures, such as coastal defence structures. Coastal flooding forecast systems have gained importance in coastal areas in recent years to ensure the safety of people and goods and to reduce damage caused by wave overtopping during storm events. In Portugal, no fully operational early warning system exists. This dissertation is a contribution to the project To-SEAlert, which aims at increasing the efficiency and reliability of the wave overtopping and flooding forecast system HIDRALERTA, developed by the Portuguese National Laboratory of Civil Engineering. The main goal of this study was to test the capability of the numerical model SWASH to be implemented in the HIDRALERTA system for the Ericeira harbour prototype. In order to achieve this goal, the model was first applied to simulate a testcase and to conduct a sensitivity analysis. For Ericeira harbour, the model was calibrated for storms with different wave conditions and for two breakwater profiles with the approach currently implemented in HIDRALERTA, the neural network NN_OVERTOPPING2. The main work consisted in the calibration of the Manning coefficient for the two breakwater profiles with armour layers of Antifer cubes and Tetrpods. Five expressions for the determination of the Manning coefficient were developed: one equation for the profile with Antifer cubes under normal wave attack and four for the profile of Tetrapods under (i) normal wave attack, (ii) oblique wave attack with incident angles between 15 and 50°, (iii) oblique wave attack with incident angles between 15 and 30° and (iv) oblique wave attack with incident angles between 30 and 50°. The results showed that the SWASH model is sensitive to changes in grid size, the number of simulated waves and in bottom friction. SWASH is capable of matching the discharges estimated by NN_OVERTOPPING2 with a calibrated Manning coefficient. The developed expressions showed small errors between the calculated and calibrated Mannings and revealed that the incident wave angle has an influence on the Manning coefficient and must be included in the simulations. Despite an underestimation of the overtopping discharge in some cases (with respect to the ones estimated by NN_OVERTOPPING2) the SWASH model was found to deliver overall good results when applied with Manning coefficients calculated by the developed expressions and capable of being implemented in HIDRALERTA. | pt_PT |
| dc.description.abstract | A estimativa dos galgamentos e das inundações associadas em zonas costeiras é essencial para a implementação de medidas de segurança a nível local, tais como estruturas de defesa costeira. Os sistemas de previsão de inundações costeiras têm vindo a adquirir maior reconhecimento nos últimos anos como ferramenta de apoio durante eventos de tempestade, tanto para a garantia da segurança de pessoas e bens, como para a redução de danos associados à ocorrência de galgamentos. Presentemente, em Portugal, não existe ainda nenhum sistema de previsão de galgamentos e inundações associadas completamente operacional. O trabalho apresentado nesta dissertação é um contributo para o projeto To-SEAlert, que tem como objetivo a inclusão de um conjunto de ferramentas/metodologias de modo a aumentar a eficiência, a fiabilidade e a robustez do sistema de previsão de galgamentos e inundação HIDRALERTA, desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil. O objetivo principal do presente trabalho foi testar a capacidade do modelo numérico SWASH para ser implementado no sistema HIDRALERTA, no protótipo do porto da Ericeira. De forma a atingir esse objetivo, o modelo numérico SWASH foi primeiramente aplicado na simulação de um caso de teste da bibliografia, para o qual foi também conduzida uma análise de sensibilidade. Na aplicação ao porto da Ericeira, o modelo foi calibrado para dois perfis do quebra-mar para tempestades com diferentes condições de agitação incidente. Essa calibração foi efetuada comparando os resultados do modelo numérico SWASH com os resultados da ferramenta neuronal NN_OVERTOPPING2 (ferramenta implementada atualmente no sistema HIDRALERTA). O trabalho principal consistiu na calibração do coeficiente de Manning para os dois perfis do quebra-mar, cujos mantos superiores são constituídos por diferentes tipos de blocos de betão: cubos Antifer e Tetrápodes. Foram desenvolvidas cinco expressões para a determinação do coeficiente de Manning: uma expressão para o perfil com cubos Antifer e para ondas com incidência normal à estrutura, e quatro para o perfil com Tetrápodes, sob (i) ondas com incidência perpendicular à estrutura, (ii) ondas incidentes obliquamente à estrutura, com ângulos entre 15 e 50°, (iii) ondas incidentes obliquamente à estrutura, com ângulos entre 15 e 30°, (iv) ondas incidentes obliquamente à estrutura, com ângulos entre 30 e 50°. Os resultados demonstraram que o modelo SWASH é sensível a variações no espaçamento da malha, no número de ondas simuladas e no atrito de fundo. Com a utilização de um coeficiente de Manning calibrado, o modelo SWASH foi capaz de reproduzir os caudais médios de galgamento estimados pela ferramenta NN_OVERTOPPING2. Os coeficientes de Manning calculados através das expressões desenvolvidas deram origem a pequenos erros quando comparados com os coeficientes de Manning calibrados. As expressões desenvolvidas revelaram que o ângulo de incidência da onda tem influência no coeficiente de Manning e deverá ser incluído nas simulações. No geral, o modelo SWASH conduziu a bons resultados com a utilização dos coeficientes de Manning calculados através das expressões desenvolvidas, apesar de subvalorizar o caudal médio de galgamento (face ao estimado pelo NN_OVERTOPPING2) em algumas condições de agitação incidente. Como conclusão, considera-se que o modelo numérico SWASH tem potencialidade para ser implementado no sistema HIDRALERTA. | pt_PT |
| dc.description.sponsorship | I would also like to acknowledge the To-SEAlert and EW-Coast projects for giving me the opportunity to contribute a small part to their work. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 202914739 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/19792 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Wave overtopping | pt_PT |
| dc.subject | SWASH model | pt_PT |
| dc.subject | Wave overtopping simulation | pt_PT |
| dc.subject | Hidralerta | pt_PT |
| dc.title | Application of SWASH to determine overtopping during storm events in the port of Ericeira and its introduction into HIDRALERTA system | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Sistemas Marinhos e Costeiros | pt_PT |