Capítulo II

II − Fenómenos e processos costeiros
Hidráulica Marítima
2. Fenómenos e processos costeiros
2.1 Fenómenos costeiros
Distribuição aproximada da energia das ondas de superfície
(adaptado de Kinsman, 1965)
2.1.1 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.
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Francisco Sancho
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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 U10, fetch, e duração
Factores importantes na geração de ondas de vento
(adaptado de Komar, 1988)
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− 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 = E (f , θ );
⇒ Espectro de energia
− Em águas profundas, a velocidade de propagação
das ondas, celeridade de fase, varia directamente
com o período ⇒ fenómeno de dispersão.
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“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
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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]
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Caracterizado pela velocidade (U10) e rumo
− Velocidade ↔ “força do vento”: escala de Beaufort:
U ≈ 0.96 B1.5
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.; 247.5°)
Previsão da agitação com base em dados de U10,
profundidade (h), fetch (F), duração da tempestade (t):
→ Método de Bretschneider
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Wind Stress factor:
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U A ≈ 0.8 U10
Exemplo: UA= 20 m/s, F=90 Km, t=5 hr
UA= 20 m/s, F=90 Km
⇒ Hs=3.0 m, Tp=7.6 s
UA= 20 m/s, t=5 hr
⇒ Hs=2.5 m, Tp=6.6 s
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− Rotina CRESS 221
− Coastal and River Engineering Support System:
http://www.ihe.nl/he/dicea/cress.htm
− SPM – Shore Protection Manual (1984)
− CEM – Coastal Engineering Manual (2001)
U10=15 m/s
Variação da altura de onda significativa, Hs, 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:
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τ w = f ρ a U10
f = parâmetro adimensional (f=0.0026, 6<U10<20 m/s)
ρa = massa volúmica do ar (≈1.293 Kg/m3)
(http://www.coastal.udel.edu/faculty/rad/windsurge.html)
– A sobreelevação em “águas pouco profundas”, η,
para um vento perpendicular à costa, é dada por:
η=
∫
∂η
dx =
∂x
τw
∫ ρ g (h + η ) dx
Sobreelevação devida ao vento em função da distância
(adaptado de Dean and Dalrymple, 1984)
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