Coupled modelling of the Tagus and Sado estuaries and their associated mesoscale patterns

Abstract

Given the close proximity between the Tagus and Sado estuaries, it is understandable that these two hydrodynamic systems have their discharges on the same coastal region. Several studies focus on the investigation of the complex circulation at the mouth of Tagus or Sado estuaries, however, the interaction between these two systems is not taken into account and there are no studies which contemplate the interaction between the two estuaries. With this objective, the three-dimensional model Delft3D-Flow was implemented in order to investigate the complex flows in Tagus and Sado estuaries and adjacent shelf. The numerical model was calibrated and validated using sea surface height, currents, salinity and water temperature data, and then applied to research the role of river discharge and wind effects under mesoscale currents and coastal dynamics at open ocean boundaries on the plumes interaction. The chosen period was the winter of 2009-2010. To examine the response of the estuarine plumes to different wind directions, five scenarios of moderate winds were considered blowing from each of the main four compass points, and with the absence of wind. Through the use of two distinct tracers, three different idealized scenarios were chosen: low, moderate and high Tagus and Sado river discharges. The results showed an evidence of estuarine plumes, filaments and mesoscale eddies caused by the interactions between the estuaries and the nearby coastal region. The obtained results also reveal a intrusion caused by the Sado plume in Tagus estuary after a 10-day simulation. This pattern was not observed for Tagus plume. It was also observed that the Sado estuarine water propagates to Tagus estuary in just 36 hours with coastal dynamics, when compared to the mesoscale currents forcing took around 120 hours. In summary, the model application developed in this study contributed to the characterization and understanding of the interaction between Tagus and Sado estuary’s, and in which conditions these occur.

Dada a proximidade entre os estuários do Tejo e do Sado, é reconhecido que as descargas destes estuários ocorrem na mesma região costeira. O conhecimento atual relativo à hidrodinâmica dos estuários do Tejo e do Sado resulta maioritariamente da exploração de resultados de modelos numéricos, que descrevem as propriedades físicas e padrões gerados pelas correntes de maré e descargas fluviais. Não obstante, verificou-se que a interação entre estes dois sistemas não é considerada, não havendo esforços no sentido de estudar os dois sistemas simultaneamente, bem como de descrever as relações que partilham e identificar as mútuas influências a nível dinâmico. Com este objetivo, foi implementado o modelo numérico tridimensional Delft3D-Flow, de forma a investigar a dinâmica do estuário do Tejo, do Sado e da região costeira adjacente. O modelo numérico foi calibrado e validado com a altura de maré, correntes, salinidade e temperatura da água, sendo aplicado para a investigação do efeito das descargas fluviais e do efeito do vento na interação das plumas destes estuários. O período escolhido para as simulações foi o Inverno de 2009-2010. Foram impostos dois tipos de forçamentos na fronteira aberta oceânica, um que comtempla as correntes de mesoescala e outro apenas a dinâmica costeira. Foram considerados cinco cenários para ventos moderados nos quatro principais quadrantes e para a ausência deste. Através do uso de dois traçadores distintos, foram escolhidos três cenários idealizados com descargas baixas, moderadas e altas dos rios Tejo e Sado. Os resultados evidenciaram a presença de plumas estuarinas, filamentos e eddies causados pela interação entre os estuários e a região costeira. Os resultados obtidos revelam ainda uma intrusão da pluma estuarina do Sado no estuário do Tejo após descargas fluviais significativas durante dez dias, contudo, este padrão não foi observado na pluma estuarina do Tejo. Foi ainda observado que a água estuarina do Sado se propaga para o estuário do Tejo em apenas 36 horas com apenas a dinâmica costeira, ao passo que com as correntes de mesoescala só se observou a intrusão após 120 horas. Sumariamente, o modelo desenvolvido para este estudo contribuiu para a caracterização e compreensão da interação entre os estuários do Tejo e Sado, e definição das condições em que esta ocorre.