2. Fenómenos e processos costeiros

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1 2. Fenómenos e processos costeiros 2.1 Fenómenos costeiros Distribuição aproximada da energia das ondas de superfície (adaptado de Kinsman, 1965) Vento e agitação marítima A transferência de energia do vento para a superfície do mar/oceano provoca a ondulação. Nas ondas de vento, a principal força restabelecedora do equilíbrio é a força gravítica. VIII 1

2 Características das ondas de vento : Período, T: 1 < T < 30 s, Afectam sobretudo a camada superficial; Acelerações verticais dos movimentos oscilatórios da água são da ordem de grandeza de g ; Percorrem grandes distâncias; Crescem proporcionalmente com a intensidade do vento até um valor limite, quando a onda instabiliza e rebenta; Dependem de U 10, fetch, e duração Factores importantes na geração de ondas de vento (adaptado de Komar, 1988) VIII 2

3 Surgem da transferência de energia das altas para as baixas frequências cascata de energia Evolução do envelope espectral para valores crescentes do fetch (adaptado de Phillips, 1977) Agitação irregular, caracterizada pela distribuição de energia por frequência e direcção: E( f,θ ) E = ; Espectro de energia Em águas profundas, a velocidade de propagação das ondas, celeridade de fase, varia directamente com o período fenómeno de dispersão. VIII 3

4 Ondulação e vaga : Vaga (sea): onda na zona de geração; irregular, espectro largo (em frequência e direcção); Ondulação (swell): onda longe da zona de geração; quase regular, espectro estreito; provoca normalmente a ocorrência do batimento (associado ao grupo de ondas ). Modificação da forma espectral na propagação de ondas (adaptado de Komar, 1988) Admitindo que o estado do mar (fora da zona de geração) é descrito por um processo estocástico (estacionário e ergódico), e admitindo independência das várias componentes, então a agitação irregular VIII 4

5 pode ser considerada pela soma de infinitas ondas monocromáticas. Registos da superfície livre: (a) Vaga e ondulação combinados; (b) Vaga (sea), ondulação (swell). [adaptado de Kamphuis, 2000] VIII 5

6 Caracterizado pela velocidade (U 10 ) e rumo Velocidade força do vento : escala de Beaufort: U 0.96 B 1.5 U = velocidade do vento (m/s); B = Nº de Beaufort (0<B<12) Rumo: direcção de onda sopra o vento. É dividido por sectores de 45 ou 22.5 : ex., oessudoeste, (WSW) Azimute: ângulo da direcção do vento com o Norte, medido no sentido horário (ex.; ) Previsão da agitação com base em dados de U 10, profundidade (h), fetch (F), duração da tempestade (t): Método de Bretschneider VIII 6

7 Wind Stress factor: U A 0.8 U Exemplo: U A = 20 m/s, F=90 Km, t=5 hr U A = 20 m/s, F=90 Km U A = 20 m/s, t=5 hr H s =3.0 m, T p =7.6 s H s =2.5 m, T p =6.6 s VIII 7

8 Rotina CRESS 221 Coastal and River Engineering Support System: SPM Shore Protection Manual (1984) CEM Coastal Engineering Manual (2001) U 10 =15 m/s Variação da altura de onda significativa, H s, com o fetch (adaptado de Hurdle and Stive, 1989) O vento pode ainda causar uma sobreelevação da superfície do mar (wind set-up, storm surge), especialmente em zonas de pequena profundidade, devido à tensão tangencial do vento na interface arágua: VIII 8

9 τ = w f ρ a 2 U 10 f = parâmetro adimensional (f=0.0026, 6<U 10 <20 m/s) ρ a = massa volúmica do ar ( Kg/m 3 ) ( A sobreelevação em águas pouco profundas, η, para um vento perpendicular à costa, é dada por: η τ η = dx dx = w x ρ g + ( h η) Sobreelevação devida ao vento em função da distância (adaptado de Dean and Dalrymple, 1984) VIII 9