Hydrodynamic study of the wave effect in the Aveiro inlet

Abstract

A hidrodinâmica da Ria de Aveiro tem sido extensamente analisada através de vários estudos observacionais e de modelação numérica, sendo concluído que a maré constitui o principal forçamento hidrodinâmico da laguna. Contudo, a costa adjacente à Ria de Aveiro está a sujeita a um clima de agitação marítima bastante intenso, com um regime de agitação anual médio caracterizado por ondas com altura significativa entre 2 e 2.5 m e períodos entre 9 e 11 s, tipicamente provenientes de WNW-NNW. Assim, é expectável que a hidrodinâmica da embocadura dependa simultaneamente da maré e da acção das ondas. Apesar dos vários estudos hidrodinâmicos realizados anteriormente sobre este sistema, o impacto das ondas na hidrodinâmica da embocadura nunca foi avaliado. Assim sendo, o principal objectivo deste estudo consiste em avaliar a influência do efeito da ondulação na dinâmica da embocadura, quer por análise de dados observados, quer por modelação numérica Na análise numérica foi utlizado o sistema de modelação MORSYS2D, que integra o modelo hidrodinâmico ELCIRC acoplado com o modelo de ondas SWAN. O modelo hidrodinâmico foi calibrado com sucesso, apresentando valores de RMS e Skill que reflectem o bom desempenho do modelo. A metodologia utilizada para atingir os objectivos definidos consiste em forçar os modelos numéricos com os constituintes harmónicos locais de maré e com diferentes cenários de ondas típicas do litoral norte Português: um cenário normal e outro de elevada actividade de ondas (regime de temporal). Foi igualmente definido um cenário de referência que consiste na ausência do forçamento das ondas. Os cenários foram simulados para três tipos distintos de maré: maré viva, intermédia e morta. Os resultados mostram que para o cenário normal de agitação marítima, a hidrodinâmica da embocadura é essencialmente dominada pela maré. Para o cenário de temporal, são encontradas sobre-elevações do nível do mar quando comparado com o cenário de normal actividade das ondas e com o cenário sem ondas. De facto, os resultados do modelo mostram que durante períodos de tempestade o nível do mar da laguna permanece acima do nível do mar observado ao largo. A análise do campo de correntes mostrou que as correntes induzidas pelas ondas interagem com as correntes de maré, alterando as suas características, quer em magnitude, quer em direcção do fluxo predominante. Assim, devido à sobre-elevação, a profundidade da coluna de água aumenta causando um ligeiro aumento da velocidade da corrente na zona da embocadura. Conclui-se que embora o forçamento principal da Ria de Aveiro seja a maré, o nível do mar e as flutuações de velocidade na embocadura da Ria de Aveiro também dependem do regime de agitação. Consequentemente, os eventos de tempestade podem alterar a sua hidrodinâmica, justificando que o acoplamento entre as ondas e marés deva ser considerado de modo a representar com precisão os processos que dependem da dinâmica de embocadura.

The hydrodynamics of the Ria de Aveiro lagoon has been extensively analysed through previous observational and numerical studies, being concluded that the tide is the main forcing of the lagoon’s hydrodynamic. However, the adjacent coastal zone of Ria de Aveiro is subjected to a highly energetic wave climate, with a yearly mean significant wave height of 2 - 2.5 m and wave periods of 9 - 11 s, corresponding to WNW to NNW swell. Consequently, it should be expected that the lagoon inlet hydrodynamic depends simultaneously on both tidal and wave regime forcing. Despite the several hydrodynamic studies previously performed about this system, the impact of the coastal waves in the inlet hydrodynamic has never been evaluated. Thus, the main goal of this study is to assess the influence of the coastal wave regime at the inlet channel dynamics, either by observational data as by numerical modeling. The numerical analysis was performed through the modeling system MORSYS2D, which comprises the hydrodynamic model ELCIRC coupled with the wave model SWAN. The hydrodynamic model was successfully calibrated and the RMS errors and Skill values determined reflect the good performance of the model. The methodology used consists in forcing the numerical models with local tidal harmonic constituents and with different constant regular wave scenarios typical of the northern Portuguese coast: a normal and a high (storm condition) wave activity. A scenario with waves absence was also defined. These three scenarios were simulated for spring, intermediate and neap tidal conditions. The results found under the wage regime forcing show that for the low wave activity scenario (normal regime) the inlet hydrodynamics is mainly dominated by the tidal forcing. For the highest wave regime higher sea surface elevations at the inlet when compared with simulations performed only with tidal forcing or with the normal regime are found, induced by the wave set-up. In fact, the modelling results show that the lagoon sea level remains above offshore sea level during storm wave periods. The currents field analysis shows that the currents induced by the waves interact with the tidal currents, modifying its characteristics such as the magnitude and the direction of the predominant flow. In summary, due to wave set-up, the water depth increases, causing a slight increase of the current velocity in the inlet area. Is concluded that despite the tide constitute the dominant forcing of the Ria de Aveiro inlet hydrodynamics, the sea level and current velocity fluctuations at the Ria de Aveiro inlet also depend on the wave regime. Consequently, the storm events induce important waves set-up that change the inlet hydrodynamics, requiring that the coupling between waves and tides should be considered in order to accurately represent the processes dependent on the inlet dynamics.