Impactos da variação do perfil praia na modelagem numérica das zonas de surfe e espraiamento

Abstract

As ondas desde a sua geração, ao longo de sua propagação até o momento de dissipação tem alterações que podem ser observadas em suas características, como altura, período e direção. Quando chegam à s praias essas alterações observáveis acabam afetando e modificando as praias, como na dinâmica e transporte de sedimentos, correntes longitudinais e transversais (correntes de retorno) e no estado modal da praia. Com o avanço de estudos e recursos para análise de fenômenos ocasionados pela dinâmica entre as ondas e as praias, recursos como o de monitoramento de praias a partir de gravações de vídeos, vem facilitando essas análises, seja elas por câmeras em pontos fixos ou por Veículos Aeréos Não Tripulados (VANTs). Modelos numéricos com base em equações de águas rasas, são amplamente utilizados também como método de estudo em zonas mais dinâmicas da praia como nas zonas de surfe e espraiamento. Sendo assim, o objetivo desse estudo é observar a variação dos fenômenos de quebra e runup de onda, a partir do modelo numérico SWASH (Simulating WAves till SHore) (Zijlema et al., 2011). E, a fim de comparação com medições, foi idealizado uma outra batimetria, através do cálculo de Perfil de Equilíbrio de uma praia descrito (Dean, 1991). O estudo foi realizado no estado de Santa Catarina, na praia do Campeche em Florianópolis, com dados medidos no dia 24.04.2019. Para os dados de onda e de espectro de onda, foi utilizado um ADCP (Doppler Effect Acoustic Current Profiler), localizado a aproximadamente 800m da costa na posição 48:468777 O e 27:672539 S. Para a grade batimétrica, utilizou-se três passos descritos no algorítimo cBathy para a confecção, a partir do processamento das imagens obtidas pelo vídeo do VANT: análise de componentes principais de frequências dependentes, estimativa da profundidade através de frequência independentes e aplicação de um filtro Kalman. Para o perfil de Dean, utilizamos uma grade com um A (parâmetro adimensional utilizado no cálculo), de :23. Para ajustar o perfil, foi utilizado um A de 0.45 também. As três grades tem as dimensões de 260x341m, com tamanho de célula de 1; 5x1; 7; em x e y, respectivamente. Foram realizadas 5 simulações com o modelo, de acordo com as horas de coleta do espectro de onda e do nível de água para cada hora coletada. A intensidade luminosa (quanto maior intensidade mais quebra de onda), obtida pelo processamento das imagens coletadas pelo VANT, coincidiu com os dados de quebra de onda simulados pelo SWASH, evidenciando a zona de surfe e bancos e cavas longitudinais.Em contra partida os resultados de quebra de onda, simulados pelo SWASH, utilizando a grade de Dean A23 e A45, não identificaram bancos e cavas longitudinais, sendo que a quebra de onda se localizou na porção próxima a praia para a grade Dean A45. A grade A23 não demonstrou dados relevantes aqui para essa discussão. O runup máximo de onda observado para o dia da coleta foi de 1; 21m, enquanto que o máximo observado pelas simulações realizadas com a Grade cBathy foi de 1; 56m, na ultima simulação realizada. O mínimo foi de 1; 24m, observado na quarta simulação. O máximo e o mínimo observados na simulação realizada utilizando a grade Dean A45 foi de 1; 19m e 1; 03m, observados na terceira e quarta simulação, respectivamente. Foi observado uma diferença média de 6% na descrição da zona de arrebentação na estimativa de runup e de aproximadamente ð€€€2% na identificação da posição da zona de swash entre a grade de cBathy e Dean A45. O cálculo do perfil de equilíbrio de Dean, para a praia do Campeche apresentou um declive acentuado, enquanto que um perfil mais suave e mais harmônico foi obtido com um valor de A = 0:45. Os dados modelados pelo SWASH de runup e quebra de onda coincidiram e foram condizentes aos dados obtidos e observados em campo. O método cBathy na aplicação e construção de batimetrias para modelagem numérica é uma alternativa simples e viável, para obter uma batimetria detalhada.

The waves since their generation, throughout their propagation to the moment of dissipation have changes that can be observed in their characteristics, such as height, period, and direction. When they reach the beaches, these observable changes end up affecting and modifying the beaches, such as in the dynamics and transport of sediments, longitudinal and transverse currents (return currents), and the modal state of the beach. With the advancement of studies and resources for analysis of phenomena caused by the dynamics between waves and beaches, resources such as monitoring beaches from video monitors, has facilitated these analyzes, either by cameras at fixed points or by Unmanned aerial vehicles (UAVs). Numerical models based on shallow water are also widely used as a study method in more dynamic areas of the beach, such as surfing and swash zones. Therefore, the objective of this study is to observe the variation of wave breaking and runup, from the SWASH numerical model (Simulating WAves till SHore) (Zijlema et al., 2011). For the sake of comparison with the measurements, a bathymetry treated through the calculated Equilibrium Profile of a beach Dean (1991) was idealized. The study was carried out in the state of Santa Catarina, on Campeche beach in Florianópolis, with measurements on 04.24.2019. For wave and wave spectrum data, an ADCP (Doppler Effect Acoustic Current Profiler) was used, located approximately 800m from the coast at the location48:468777 O and 27:672539 S. For the bathymetric mesh, the three steps in the cBathy algorithm were used to create the grid, based on the processing of the images transmitted by the UAV video: principal component analysis of dependent frequencies, depth estimation independent frequency and application of a Kalman filter. The profile of Dean, generated with an A (the dimensionless parameter used in the calculation) of 0.23 was employed. In order to adjust the profile, an A of 0.45 was also used. The three grids have dimensions of 260x341m, with a cell size of 1.5x1.7, in x and y, respectively. Five simulations were performed with the model, according to the wave spectrum and water level collection hours, for each collected hour. The light intensity (where there is greater intensity there is a wave break), obtained by processing the images collected by the UAV, coincided with the wave break data simulated by SWASH,showing the surf zone and banks, and longitudinal pits. In contrast, the wave break results simulated by SWASH using the Dean A23 and A45 grid, did not identify longitudinal banks and troughs, whereas the wave break was located in the portion close to the beach for the Dean A45 grid. The results with the mesh A23 did not show relevant data here for this discussion. The maximum wave runup observed for the day of collection was 1:21m, while the maximum observed by the simulations performed with the cBathy Grid was 1:56m, in the last simulation performed. The minimum was 1:24m, observed in the fourth simulation. The maximum and minimum observed in the simulation performed using the Dean A45 grade were 1:19m and 1:03m, observed in the third and fourth simulations, respectively. The study observed an average difference of 6% in the description of the surf zone in the runup estimate and of approximately ð€€€2% in the identification of the position of the swash zone between the cBathy grid and Dean A45. The calculation to obtain Dean’s equilibrium profile showed a profile for Campeche beach with a steep slope. While a smoother and more harmonic profile than that obtained by the cBathy algorithm was obtained with A = 0:45. The data modeled by SWASH for runup and wave break coincided and were consistent with the data obtained and observed in the field. The remote sensing method in the application of bathymetry construction for numerical modeling is a simple and viable alternative to obtain detailed bathymetry.