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The impoundment of rivers by dams is the biggest direct anthropogenic impact on the hydrological cycle. The utility of dams, as providers of water for human consumption, irrigation and electrical production, is undeniable. However, the price to pay, weighting benefits versus ecological impacts caused by dams, is enormous and often questionable. The deleterious ecological impacts caused by dams are detected at the dam’s site are and at hundreds of kilometers downstream from dams, even in estuaries and coastal areas. The uncontrolled water discharge from dams, both high volumes of water and inappropriate timing, compromise fish recruitment because eggs are flushed from estuarine spawning and nursery areas. Thus, our goal was to develop an hydrodynamic modelling approach that evaluates the impact of water discharge from dams on the advection of fish larval stages off estuaries and into coastal areas. This goal was accomplished by merging the abundance of anchovy eggs along the Guadiana estuary in MOHID.

As zonas costeiras, os estuários e os sistemas lagunares são regiões de elevada importância do ponto de vista económico devido à intensa actividade nelas desenvolvida. Encontram-se por esse motivo sujeitas a fortes pressões do tipo ambiental. A correcta gestão dos seus recursos deve ser apoiada em ferramentas que possibilitem uma análise precisa dos fenómenos que nelas ocorrem e permitam a previsão da evolução desses sistemas. A recente evolução na capacidade de cálculo dos computadores de pequeno porte tornou viável a utilização de modelos hidrodinâmicos como ferramentas de apoio à decisão.

Modelling the hydrology of hydrographic basins has shown itself as a useful tool in environment management. The hydrological models can be used for multiple purposes: estimate runoff from sequences of rainfall, access stream water quality, quantify the diffuse pollution that reaches water masses such as estuaries, rivers and lakes, etc. This study has as final objective to simulate and analyse the flow, sediment transport and water quality as a function of landuse and soil type in the basins of Maranhão and Pracana. The modelling system used is SWAT, Soil Water Assessment Tool. In this first phase of the study the hydrodynamic calibration of the model was performed using measurements of average daily flows in five stations. The model compares well with the measurements; the annual average flows are similar and the majority of the measured flow peaks coincide with the model peaks.

Climate changes are foreseen to produce a large impact in the morphology of estuaries and coastal systems. The morphology changes will subsequently drive changes in the biologic compartments of the systems and ultimately in their ecosystems. Sea level rise is one of the main factors controlling these changes. Morphologic changes can be better understood with the use of long term morphodynamic mathematical models.

A Waste Water monitoring program aiming to help decision making is presented. The program includes traditional and inboard sensor sampling, hydrodynamic and water quality modeling and a GIS based database to help the decision making of manager authorities. The focus is in the quality of waters receiving discharges from Waste Water Treatment Plants. Data was used to feed model simulations and produce hydrodynamic, effluent dispersion and ecological results. The system was then used to run different scenarios of discharge flow, concentration and location. The results enable to access the current water quality state of the lagoon and are being used as a decision making tool by the waste water managers in the evaluation phase of the treatment plant project to decide the location and the level of treatment of the discharge.

An intercomparison study is carried out between two models with different formulations and spatial discretizations in order to overcome the limitations posed by the standard calibration and validation procedures and improve confidence in the hydrodynamic results for the Patos Lagoon. Numerical simulations were carried out applying the TELEMAC and MOHID models, based on the same boundary conditions and identical calibration coefficients so differences in calculated flow conditions result from the formulations and parameterizations of each model. Results from both models are compared with measurements from three stations inside the lagoon. Preliminary results indicate that both models compare well with the measurements and with each other. These results increase the confidence on hydrodynamic results for the Patos Lagoon and provide the first step towards water quality studies for the area.

For better management of estuarine ecosystems their contamination assessment should be easily communicated to local managers and decision makers. The problem is the lack of available data and the search of methodologies to enable that assessment using only few data. The Sado estuary in Portugal is as good example of a site where human pressures and ecological values collide with each other and where the degree of metal and organic contamination has not been subject to an overall assessment, either in terms of spatial or temporal variability, in a way that managers can understand.

An integration of sediment physical, chemical, biological, and toxicity data is necessary for a meaningful interpretation of the complex sediment conditions in the marine environment. Assessment of benthic community is a vital component for that interpretation, yet their evaluation is complex and requires a large expenditure of time and funds. Thus, there is a need for new tools that are less expensive and more understandable for managers. This paper presents a benthic biotope index to predict from physical and chemical variables the occurrence of macrobenthic habitats, applied to Sado Estuary, as a case of study.

O uso inadequado do solo assim como práticas agrícolas incorrectas podem ter como consequência a contaminação dos recursos hídricos por poluição de origem difusa.Na perspectiva de identificar possíveis fontes de poluição, o objectivo deste trabalho é quantificar as cargas de nutrientes de origem natural, urbana e agrícola que chegam à albufeira de Pracana. Pretende-se efectuar a análise das alterações de carga resultantes de diferentes cenários do uso do solo, recorrendo à modelação matemática. Este conhecimento vai contribuir para a compreensão dos processos que dão origem à poluição existente na albufeira e os factores que condicionam o seu estado trófico.A ferramenta utilizada para a realização do estudo foi o modelo SWAT (Soil Water Assessment Tool, USDA Agricultural Research Service). Made available in DSpace on 2009-02-13T17:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006

Aplica-se uma técnica combinada de amostragem clássica, perfilagem in situ com sonda multiparamétrica e modelação matemática para avaliar a qualidade da água da Ria Formosa como meio receptor dos efluentes das ETAR’s. O sistema de modelação desenvolvido baseia-se num modelo hidrodinâmico que resolve as equações de águas pouco profundas pelo método dos volumes finitos acoplado a um modelo de transporte Lagrangiano para a simulação das plumas microbiológicas. Este sistema é usado como ferramenta de gestão para ensaiar diferentes cenários de descarga com variação da localização do ponto de descarga, analisando o impacto das alternativas no meio receptor.

Nitrate and urban waste water directives have raised the need for a better understanding of coastal systems in European Union. The incorrect application of these directives can lead to important ecological or social penalties. In the paper this problem is addressed to Ria Formosa Coastal Lagoon. Ria Formosa hosts a Natural Park, important ports of the southern Portuguese coast and significant bivalve aquaculture activity. Four major urban waste water treatment plants discharging in the lagoon are considered in this study. Its treatment level must be selected, based on detailed information from a monitoring program and on a good knowledge of the processes determining the fate of the material discharged in the lagoon. In this paper the results of a monitoring program and simulations using a coupled hydrodynamic and water quality / ecological model, MOHID, are used to characterise the system and to understand the processes in Ria Formosa. It is shown that the water residence time in most of the lagoon is quite low, of the order of days, but it can be larger in the upper parts of the channels where land generated water is discharged. The main supply of nutrients to the lagoon comes from the open sea rather than from the urban discharges. For this reason the characteristics and behaviour of the general lagoon contrasts with the behaviour of the upper reaches of the channels where the influence of the waste water treatment plants are high. In this system the bottom mineralization was found to be an important mechanism, and the inclusion of that process in the model was essential to obtain good results.

Monitoring of coastal and estuarine water quality has been traditionally performed by sampling with subsequent laboratory analysis. This has the disadvantages of low spatial and temporal resolution and high cost. In the last decades two alternative techniques have emerged to overcome this drawback: profiling and remote sensing. Profiling using multi-parameter sensors is now in a commercial stage. It can be used, tied to a boat, to obtain a quick “picture” of the system. The spatial resolution thus increases from single points to a line coincident with the boat track. The temporal resolution however remains unchanged since campaigns and resources involved are basically the same. The need for laboratory analysis was reduced but not eliminated because parameters like nutrients, microbiology or metals are still difficult to obtain with sensors and validation measurements are still needed. In the last years the improvement in satellite resolution has enabled its use for coastal and estuarine water monitoring. Although spatial coverage and resolution of satellite images in the present is already suitable to coastal and estuarine monitoring, temporal resolution is naturally limited to satellite passages and cloud cover. With this panorama the best approach to water monitoring is to integrate and combine data from all these sources. The natural tools to perform this integration are numerical models. Models benefit from the different sources of data to obtain a better calibration. After calibration they can be used to extend spatially and temporally the methods resolution. In Algarve (South of Portugal) a monitoring effort using this approach is being undertaken. The monitoring effort comprises five different locations including coastal waters, estuaries and coastal lagoons. The objective is to establish the base line situation to evaluate the impact of Waste Water Treatment Plants design and retrofitting. The field campaigns include monthly synoptic profiling, using an YSI 6600 multi-parameter system, laboratory analysis and fixed stations. The remote sensing uses ENVISAT\MERIS Level 2 Full Resolution data. This data is combined and used with the MOHID modelling system to obtain an integrate description of the systems. The results show the limitations of each method and the ability of the modelling system to integrate the results and to produce a comprehensive picture of the system.

The impact of urban waste-water and non-point nitrate discharges in estuarine and near-shore coastal waters are analyzed. The study is focused on the effects of applying the European directives 91/271/EEC and 91/676/EEC to these systems. 4 Portuguese estuaries and two coastal lagoons with different characteristics are studied. A modelling system is applied and calibrated in each system. Three nitrate load scenarios are examined. It is shown that the morphologic and hydrodynamic characteristics of the domain largely control the ecological processes in these systems. The primary production limitation factors are split into “biologic” and “hydrodynamic” components. The physical limitation due to hydrodynamic and residence time is the most important factor. The combined limitation of “biologic” factors (temperature, light and nutrients availability) control productivity only in the systems where physical limitation is not important.

Este estudo integra-se numa avaliação hidrodinâmica e monitorização microbiológica da qualidade da água da Ria Formosa. A monitorização foi implementada pela DRAOT Algarve com a colaboração da EST, da FCMA e do IST. A metodologia utilizada consiste na aplicação de um modelo matemático para simulação das variáveis hidrodinâmicas e da qualidade da água. Utilizam-se como traçadores os coliformes fecais (CF), considerados indicadores de contaminação fecal pelo Dec-Lei 236/98 de 1 de Agosto, relativo à qualidade de águas do litoral e salobras para fins aquícolas- águas conquícolas. As águas da ria são usadas para cultura de diversas espécies conquícolas de bivalves. Estes são organismos que filtram e retêm no seu interior material particulado existente em suspensão na água tais como os CF entre outros microorganismos presentes na água. Para avaliar a concentração de coliformes nos bivalves e gastrópodes foi desenvolvido um modelo que simula a bioacumulação desta propriedade por parte do bivalve. Da sua aplicação permite classificar a Ria em várias classes conforme o estabelecido no Dec. Lei nº 293/98 de 18 de Setembro.

Muitos dos problemas tróficos existentes nos estuários e zonas costeiras têm origem no excesso de nutrientes, em particular Azoto (N) e Fósforo (P), resultante do sucessivo enriquecimento dos rios durante o seu percurso até ao mar e também de descargas directas nestes sistemas. Nixon (1995) definiu eutrofização como o aumento da quantidade de matéria orgânica disponível na massa de água. Esta é uma definição assumida neste estudo, considerando que a eutrofização é o primeiro, de uma sequência de fenómenos resultantes do sobre-enriquecimento de nutrientes, que inclui a alteração de espécies dominantes e o aumento dos níveis de turbidez da água.

Nitrate and urban waste water directives have raised the need for a better understanding of coastal systems in the European Union. The incorrect application of these directives can lead to important ecological or social penalties. In this paper this problem is addressed to Ria Formosa Coastal Lagoon. Ria Formosa hosts a Natural Park, important ports of the southern Portuguese coast and significant bivalve aquaculture activity. Four major urban waste water treatment plants discharging into the lagoon are considered in this study. Its treatment level must be selected, based on. detailed information from a monitoring program and on a good knowledge of the processes determining the fate of the material discharged into the lagoon., In this paper the results of a monitoring program and simulations using a coupled hydrodynamic and water quality/ecological model, MOHID, are used to characterise the system and to understand the processes in Ria Formosa. It is shown that the water residence time in most of the. lagoon is quite low, of the order of days, but it can be larger in the upper parts of the channels where land generated water is discharged. The main supply of nutrients to the lagoon comes from the open sea rather than from the urban discharges. For this reason the characteristics and behaviour of the general lagoon contrasts with the behaviour of the upper reaches of the channels where the influence of the waste water treatment plants are high. In this system the bottom mineralization was found to be an important mechanism, and the inclusion of that process in the model was essential to obtain good results.

Com a entrada em funcionamento da barragem do Alqueva o regime de caudais no rio Guadiana irá ser alterado. Actualmente a albufeira do Alqueva encontra-se em fase de enchimento sendo garantido um caudal mínimo de 5 a 10m3/s que passa para o estuário. Neste cenário torna-se importante conhecer o comportamento das principais variáveis físicas que caracterizam o estuário do Guadiana, nomeadamente níveis, correntes salinidade e transito de sedimentos. Neste artigo utiliza-se o sistema de modelação MOHID, efectuando-se a calibração do modelo para as medidas de campo disponíveis. Esta tarefa insere-se num trabalho de modelação mais amplo de caracterização do Guadiana do ponto de vista hidrodinâmico e de transporte de propriedades.

Geographic information systems (GIS) are now widely applied in coastal resource management. Their ability to organise and interface information from a large range of public and private data sources, and their ability to combine this information, using management criteria, to develop a comprehensive picture of the system explains the success of GIS in this area. The use of numerical models as a tool to improve coastal management is also widespread. Less usual is a GIS-based management to ol implementing a comprehensive management model and integrating a numerical modelling system into itself. In this paper such a methodology is proposed. A GIS-based management tool based on the DPSIR model is presented. An overview of the MOHID numerical modelling system is given and the method of integrating this model in the management tool is described. This system is applied to the Sado Estuary (Portugal). Some preliminary results of the integration are presented, demonstrating the capabilities of the management system.

Os modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos matemáticos para simular o comportamento hidrodinâmico e biológico do estuário do Sado. Estudos experimentais de análise da evolução da biomassa de fitoplâncton durante os últimos 10 anos indicam que o ecossistema se encontra numa situação relarivamente estável, exibindo pouca tendência para a eutrofização (Cabeçadas, 1993). Neste Artigo procura-se caracterizar o estado trófico do sistema, confirmar as conclusões obtidas experimentalmente e interpretar os processos que ocorrem na região do estuário.

Em estuários barotrópicos podem-se desenvolver importantes escoamentos tridimensionais devido à interacção da maré com a batimetria. O estuário do Sado encontra-se nessas condições porque se pode considerar barotrópico durante praticamente todo o ano e possui uma batimetria com forte curvatura e gradientes elevados. Um modelo tridimensional de equações primitivas é utilizado para caracterizar os escoamentos tridi- mensionaís no estuário e a sua correlação com as características da batimetria. A importância destes escoamentos para o transporte vertical de substâncias biogeoquímicas é investigada utilizando um modelo de qualidade da água tridimensional do tipo Euleriano.

The assessment of human impact on complex estuarine systems is a multidisciplinary task that is highly demanding in terms of measurements and fieldwork. Nowadays the use of inexpensive and reliably modeling tools can substantially reduce the amount of measurements needed to characterize a system. These tools are also a convenient way to forecast the future evolution of the system and to study the impact of different scenarios of human influence. In this communication a modeling system composed by hydrodynamic, transport and ecological models is used to assess the current trophic state of Sado Estuary (Portugal) and to predict the future trends of the system based on different scenarios of human intervention. Special care is taken to the impact of changing riverine nutrient loads. Sado estuary is a large European estuary that has been considered until now in good trophic conditions with eutrophication appearing only in some isolated spots. Nevertheless in recent years some studies point out that the situation is changing. Sado estuary is a system with strong environmental opposing interests. It hosts a major industrial and urban center around the city of Setúbal and the upper reaches are used to intensive cultures such as rice. On the other hand the estuary possess an important ecological value since it is used by several important species of fish as a spawning and nursery area and it’s wetlands are used by many species of birds as winter shelters. Due to it’s importance the majority of Sado Estuary is considered as Natural Reserve.

O estuário do Sado é um sistema litoral onde existem conflitos de gestão ambiental, uma vez que por um lado, localiza-se junto da zona industrial da Península de Setúbal e por outro lado, uma grande parte da sua área está classificada como Reserva Natural. Sendo uma área de especial sensibilidade, torna-se necessário implementar modelos de gestão, que passam pela elaboração de metodologias que avaliem o estado de qualidade da zona costeira. O objectivo deste trabalho é apresentar uma metodologia conceptual de gestão do estuário do Sado, ligado a um modelo dinâmico e ecológico suportado por uma infraestrutura de informação do tipo DPSIR e com base num sistema SIG (Sistema de Informação Geográfica). Desta forma pretende-se integrar a avaliação da qualidade do ecossistema, com base em indicadores da qualidade ambiental previamente seleccionados, com informação socio-económica. Nesta metodologia as propostas de intervenção e a avaliação do seu impacte no estuário são baseadas nos dados ambientais recolhidos e nas previsões dos efeitos dessas acções. Pretende-se que a modelação dinâmica e ecológica do sistema desempenhe um papel fundamental tanto na caracterização do estuário como nas propostas de intervenção. A simulação permite a caracterização do sistema, a comparação de cenários alternativos e a quantificação do impacte de acções de intervenção. Os dados de campo e os resultados da modelação são integrados numa plataforma comum que facilite o relacionamento e o cruzamento de toda a informação. Esta metodologia permitirá assim a elaboração de uma interface de suporte à gestão/decisão do Estuário do Sado para entidades com poder de decisão sobre este ecossistema.

Os modelos matemáticos são ferramentas poderosas para avaliar o impacto humano em sistemas costeiros e estuarinos de estrutura complexa. Neste artigo utiliza-se um sistema de modelos para caracterizar o estado trófico do estuário do Sado e para prever a sua evolução baseada em diferentes cenários de intervenção humana. Analisa-se em pormenor o efeito do aumento de nutrientes introduzidos no estuário através do rio. Este estudo permite tirar conclusões sobre o impacte que esse aumento terá sobre o estuário. O sistema de modelação é composto por um modelo hidrodinâmico tridimensional às equações primitivas e modelos de transporte acoplados a modelos de transporte de sedimentos, modelos de qualidade da água e modelos ecológicos. O modelo hidrodinâmico encontra-se calibrado e validado para o sistema. Utilizam-se dados de campo de nutrientes e de fitoplâncton para comparação com os resultados do modelo. Analisam-se as características do sistema e efectua-se uma análise de sensibilidade do comportamento biológico do estuário face ao aumento da carga de nutrientes. As conclusões principais são: Confirmação da adequabilidade da metodologia utilizada para a simulação da situação actual do estuário; Pequena sensibilidade do estuário a aumentos moderados da carga de nutrientes; Sensibilidade moderada do estuário para elevadas cargas de nutrientes.

Mixing between estuarine and coastal waters is strongly dependent on the processes that occur in the vertical direction. This applies both for stratified and homogeneous estuaries. In homogeneous estuaries important recirculation flows in the vertical plane can arise, in regions with strong batimetry gradients, produced by the combined action of inertia and friction. On the Platform close to the inlet this structures can trap estuarine water during the ebb period, releasing it to the interior again during the flood.

Tese dout., Engenharia Mecânica, 1999, Universidade Técnica de Lisboa Made available in DSpace on 2009-02-13T17:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 1999

Apresenta-se um modelo de advecção-difusão do tipo Lagrangeano para a simulação da dispersão de massas de água provenientes de fontes pontuais e descreve-se o modelo hidrodinâmico usado na simulação do escoamento. Estes modelos são utilizados para a caracterização hidrodinâmica da Ria Formosa do ponto de vista da qualidade da água. Tentam-se encontrar razões para os problemas associados aos viveiros de bivalves, sugerindo-se formas de melhorar a qualidade da água.

Submesoscale processes are defined geometrically by a lower length scale than the first baroclinic radius of deformation and dynamically by a Rossby number (Ro) of O(1), thus virtually unaffected by planetary forces. They have been widely studied in various environments using in-situ measurements, remote sensing, and numerical modelling. However, due to their unpredictable nature and relatively short spatial and temporal scales, identifying submesoscale patterns is a difficult task. Therefore, abundant ongoing research is continuously seeking new insight on their irregular behavior in the ocean. Recent observations of submesocale structures have shown their efficiency in transporting particles horizontally and vertically in both the open ocean and coastal waters. Oceanographic studies concerning the deep-sea island of Madeira have mainly focused on mesoscale processes but have yet to describe features found at the submesoscale. Based on the recent discovery of a coastal current over Madeira’s insular shelf, this study attempts to assess the role of submesoscale processes on the island’s coastal circulation and the main physical forcings responsible for their generation. A coupled ocean-atmosphere model (COAWST) was used to simulate oceanic outputs within 1-km resolution grids, from which Eulerian properties of the flow field were calculated to detect submesoscale activity in the area. In addition, 4 simulations were run according to different forcing scenarios: (A) all forcings (wind, tides, geostrophic); (B) wind forcing; (C) tidal forcing; (D) geostrophic far-field forcing. Results show that submesoscale activity was generally concentrated near the coast and mostly attributed to wind and geostrophic forcings. Eddies with Ro larger than 1 were found in Madeira’s wake and/or on the fringes of mesoscale eddies interacting with the island’s shallow bathymetry, which is in line with the literature. These small-scale eddies were the dominant feature within the coastal circulation, suggesting their important contribution to the material transport along the shelf. Os processos de submesoscala são definidos geometricamente por uma escala de comprimento inferior ao primeiro raio de deformação baroclínico e dinamicamente por um número Rossby (Ro) de O(1), praticamente não afectado por forças planetárias. Estes têm sido amplamente estudados em vários ambientes utilizando medições in-situ, detecção remota, e modelação numérica. No entanto, devido à sua natureza imprevisível e escalas espaciais e temporais relativamente curtas, a identificação de padrões de submesoescala é uma tarefa difícil. Por conseguinte, existe muita investigação em curso à procura de uma melhor compreensão do seu comportamento irregular no oceano. Observações recentes de estruturas de submesoescala demonstraram a sua eficiência no transporte horizontal e vertical de partículas tanto no oceano aberto como nas águas costeiras. Focando nas águas profundas da ilha da Madeira, vários estudos oceanográficos centraram-se principalmente nos processos de mesoscala, mas ainda não descreveram as características encontradas na submesoscala. Com base na recente descoberta de uma corrente costeira sobre a plataforma insular da Madeira, este estudo tenta avaliar o papel dos processos de submesoescala na circulação costeira da ilha e os principais forçamentos físicos responsáveis pela sua geração. Foi utilizado um modelo numérico acoplando as interações oceano-atmosfera (COAWST) para simular saídas oceânicas dentro de grelhas de 1 km de resolução, a partir das quais foram calculadas as propriedades eulerianas do campo de fluxo para detectar a actividade de submesoescala na área. Além disso, foram efectuadas 4 simulações de acordo com diferentes cenários forçadores: (A) todos os forçamentos (vento, marés, geostróficos); (B) forçamento pelo vento; (C) forçamento pela maré; (D) forçamento pelo campo distante geostrófico. Os resultados mostram que a actividade de submesoescala foi geralmente concentrada perto da costa e atribuída principalmente aos forçamentos pelo vento e geostrófico. Foram encontrados eddies com Ro maior que 1 na esteira da Madeira e/ou nas franjas de eddies de mesoescala interagindo com a batimetria rasa da ilha, o que concorda com a literatura. Estes remoinhos de pequena escala foram a característica dominante na circulação costeira, sugerindo a sua importante contribuição para o transporte de material ao longo da plataforma continental. Last but not least, I want to thank my supervisors Rui and João for guiding me through the many uncertainties and rerouting of this project and acknowledge the Portugal FCT (Fundação para a Ciência e Tecnologia) for the financial contribution in running the numerical simulations of this work.

Localizada no sul de Portugal, a Ria Formosa é um estuário composto por sapais, canais, barras e ilhas-barreira que, pelas atividades económicas provenientes da pesca e cultura de bivalves e pela manutenção e preservação do ecossistema e das espécies que usam a Ria Formosa como local de alimentação, desova e habitat, tem uma grande importância local e nacional. Considerando as consequências causadas por fenómenos climáticos como o aquecimento global, espera-se que os seus impactos, nomeadamente o aumento do nível médio do mar, serão refletidos, a uma escala regional, nos sistemas costeiros, como é o caso da Ria Formosa. Utilizando o sistema de modelação numérica MOHID, foram realizadas simulações considerando projeções climáticas regionais para a costa da Europa (downscalling climático), divulgadas por Vousdoukas et al. (2017), tendo como base o trabalho desenvolvido por Martins e Janeiro (2018) no Plano Intermunicipal de Adaptações às Alterações Climáticas da AMAL (PIAAC). Foram avaliados um cenário de validação, dois cenários de linha de base e quatro cenários de subida do nível médio do mar na Ria Formosa, pondo enfase nas alterações para elevação do nível médio do mar, velocidade e tempos de inundação nas suas regiões inter-marés. Dos resultados ob tidos, notou-se um aumento das áreas submersas em resposta ao aumento relativo do nível médio do mar para cada cenário analisado. Também foi observado uma variação na ve locidade causada pela utilização de mais harmónicas de maré. Por fim, realizou-se a com paração entre a metodologia apresentada nesta dissertação e a metodologia proposta por Martins e Janeiro (2018), onde concluiu-se que, apesar de a metodologia de Martins e Janeiro (2018) considerar uma elevação maior do que a metodologia apresentada neste trabalho, a utilização de dados regionais para o aumento do nível médio do mar e a utili zação de mais harmónicas de maré reproduziram resultados que indicam uma maior área submersa, mesmo a elevação sendo menor. Os resultados obtidos neste trabalho contri buem para ampliar a perceção das consequências do aumento do nível médio do mar, nomeadamente as áreas mais sensíveis aos maiores ou menores tempos de inundação, em comparação com a situação atual. Sendo assim, o trabalho possibilita uma perspetiva mais ampla sobre os desafios futuros para a gestão da Ria Formosa. Ria Formosa is an estuary located in the southern Portugal. It is composed by salt marshes, channels, inlets and barrier islands among another coastal landforms. Ria Formosa per forms an important role in the local community by providing economic resources through fishing activities, bivalve molluscs farming and in an environmental aspect, through maintenance and preservation of the area and its species. In a global warming context, it is expected that the impacts in a rise of the mean sea level in a global scale will be re flected in coastal systems as Ria Formosa. These impacts are expected to occur mainly as morphodynamical changes. Therefore, the impacts caused by a mean sea level rise in the Ria Formosa becomes a relevant subject to study and analyze its consequences. Simula tions were made to compare and evaluate the sea level rise, in a present situation and in the future, using the data published by Vousdoukas et al. (2017). The simulations were made with MOHID and aimed to evaluate three sea level rise scenarios for the Ria For mosa, with emphasis in sea level rise, water speed and intertidal flood times. The results were analyzed for each scenery in consideration to the sea level rise for the correspondent scenario. An increase in submerged areas was noted in response to the relative sea level rise in all scenarios. It was observed that the use of more tidal harmonics caused a varia tion in the water speed. Finally, a comparison was made between the methodology pre sented in this thesis and the methodology proposed by Martins and Janeiro (2018). De spite the methodology of Martins and Janeiro (2018) considers a higher sea level rise, the use of regional data and more tidal harmonics reproduced results that indicates a greater submerged area, even though the elevation been lower. This present thesis aimed to be an overall look about future challenges to manage the complex Ria Formosa lagoon system. By the end of the present work, it was possible to obtain relevant data and information to help understanding the consequences of the mean sea level rise in Ria Formosa. This thesis aimed to reveal the most sensitive areas to the changes in the inundation time in comparison with the actual state. In the end it was discussed the consequences to the local ecosystem and it was presented further studies suggestions.

Operational oceanography is understood as the constant endeavor of observing seas and oceans, collecting, interpreting and disseminating the measured data, in order to design methods for analyzing behavior and predicting future conditions. Consequently, ocean modelling is one of the most important activities developed within this context, as it helps to understand the aspects and phenomena of those ecosystems. In this scenario, the goal of this work is to build a simulation management system, programmed in the Python language, for coastal hydrodynamic models made in MOHID modelling system environment. MOHID is a three-dimensional model with numerical tools to solve governing equations that describe the fluid flow and to reproduce several processes of the marine environment. Python allows the rapid creation of sophisticated algorithms for all types of tasks, having the necessary resources to perform the most essential function in simulation management: the control of the inputs and outputs of a model. The management system used SOMA as the application example. SOMA is the operational validated high resolution hydrodynamic model of the Algarve coast based on MOHID. In this setup it is necessary to manage two distinct simulation cycles: the daily runs or forecast simulations, and weekly runs, which initialize the model for a new week cycle. The main body of the program was divided into two basic layers, one to process the corresponding forcing data and other to manage the simulations. The algorithm was designed to work with a predetermined generic structure of folders and file nomenclature. MOHID’s keyword feature was also adopted to specify the parameters to configure the tool. SOMA has become the first model to be controlled by the tool and still keeps its forecast cycles active, nevertheless, due to its generic feature, the simulation management system presented in this work is prepared to manage any other MOHID based model in operational mode. Os oceanos desempenham um papel de extrema importância na manutenção da vida no planeta. Eles são responsáveis por regular o clima e temperatura globais, reciclar nutrientes, gerar oxigênio, absorver dióxido de carbono da atmosfera entre outros. Para a humanidade, este ambiente possui ainda uma relevância extremamente elevada em relação a aspectos econômicos, servindo principalmente como fonte de alimentos e de exploração de recursos fósseis, via de transporte, desenvolvimento de atividades turísticas e recreativas, geração de energia. Por esses motivos, torna-se essencial compreender suas características e os diversos fenômenos que nele se desenvolvem. Dessa maneira, a oceanografia operacional é entendida como a atividade constante de observação, coleta, interpretação e divulgação dos dados medidos, a fim de projetar métodos de análise de comportamento e previsão de condições futuras. A modelação oceânica é uma das atividades mais importantes desenvolvidas no âmbito da oceanografia operacional. Um modelo consiste na representação matemática de fenômenos, que neste caso são equações para descrever a dinâmica dos fluidos nos oceanos. O conjunto de expressões matemáticas que representam o movimento dos fluidos forma um sistema de equações diferenciais, que são construídas respeitando os princípios fundamentais de conservação da física, dando origem às equações de transporte. Uma vez que essas equações não têm solução analítica, elas têm de ser resolvidas usando métodos de modelação matemática. Para isso as equações são discretizadas usando métodos numéricos e transformadas em código computacional para avançar ou iterar o estado do oceano no tempo. As equações de transporte representam o movimento do fluido e descrevem, cada uma, a conservação de uma propriedade. Elas são, portanto, formadas pelas equações de Navier- Stokes, que correspondem à conservação de massa e momentum, mais o balanço de energia e as equações de estado, que correlacionam propriedades termodinâmicas e fazem o vínculo entre temperatura e salinidade com a densidade. Em modelos oceânicos, elas são frequentemente discretizadas no espaço pelo método de volumes finitos na abordagem euleriana, que consiste na avaliação da conservação de propriedades dentro de um volume de controle, enquanto um fluxo de água passa por ele. O sistema de equações é resolvido individualmente para cada um destes elementos que juntos constituem a malha do domínio do modelo, de forma que cada iteração expressa a conservação em cada um deles. Embora já seja um negócio muito valioso, estima-se que a economia oceânica ainda possa dobrar nos próximos anos, à medida que a população cresce nos centros urbanos próximos às áreas costeiras. Assim, crescimento azul é o termo criado para designar práticas que visam o crescimento econômico, mas que também garantem a preservação desse ambiente para as gerações futuras. A busca pelo desenvolvimento sustentável provoca uma demanda crescente por conhecimento em relação aos oceanos, especialmente em regiões costeiras, fazendo com que os dados gerados na oceanografia operacional sejam essenciais para as atividades socioeconômicas do crescimento azul. Sendo assim, este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema de gestão de simulações, programado na linguagem Python, para modelos hidrodinâmicos costeiros que sejam construídos no ambiente do sistema de modelação MOHID. O sistema MOHID é uma ferramenta numérica capaz de reproduzir diversos processos do ambiente marinho. Ele é um modelo hidrodinâmico tridimensional que soluciona os sistemas de equações de transporte para escoamentos incompressíveis, em que o equilíbrio hidrostático e a aproximação de Boussinesq são assumidos. A discretização espacial vertical é realizada por meio de coordenadas genéricas, em que a coluna de água pode ser dividida em vários subdomínios para melhor se adequar as regiões heterogêneas de todo o domínio. A discretização temporal é processada por um algoritmo ADI semi-implícito com dois níveis de tempo por iteração. O código do MOHID está escrito em ANSI FORTRAN 95, que permite a programação por meio do paradigma da orientação por objetos. Logo, o sistema possui uma arquitetura modular, de forma que cada módulo representa uma classe responsável por gerir um tipo específico de informação. Este “design” possibilita a simulação simultânea de modelos aninhados e, consequentemente, o uso da metodologia de redução de escala, sendo cada domínio uma nova instância de classes individuais. Alguns dos módulos requerem informações extras para serem executados corretamente. Esses parâmetros são fornecidos através de um sistema de palavras-chave escrito em formato de texto ASCII em um arquivo específico para cada um. O conjunto desses arquivos de entradas caracteriza um modelo no ambiente MOHID. O Python é uma linguagem de programação multiplataforma de código aberto e licença gratuita que se tem tornado cada vez mais popular. Ela é construída usando uma abordagem orientada por objetos, baseado em classes, possuindo uma vasta biblioteca de módulos versáteis, nativos e externos, que permitem a criação rápida de algoritmos sofisticados para todos os tipos de tarefas. Devido às suas características o Python também tem sido amplamente adotado no domínio científico. Em modelação oceânica ele possui ferramentas para lidar com formatos de dados mais comuns, suporte para OPeNDAP, métodos para realizar análise harmônica de marés e de visualização científica. A linguagem também possui os recursos necessários para realizar a tarefa mais essencial durante os ciclos de previsão, que é o controle das entradas e saídas de um modelo. O sistema de gestão foi desenvolvido utilizando como base a operacionalização do Sistema de Modelação e Monitorização Operacional do Algarve, ou SOMA, modelo hidrodinâmico validado de alta resolução da costa algarvia que utiliza como base o sistema de modelação MOHID. Desta forma, a ferramenta faz a gestão de dois ciclos de simulação distintos: as corridas diárias, que equivalem às simulações de previsões contínuas, e as semanais, que inicializam o modelo para gerar novas condições iniciais menos deterioradas. Além disso, foi preciso desenvolver também operações para processar os dados de forçamento correspondentes. Por esse motivo, o corpo principal do programa foi dividido em duas camadas, uma para os dados de fontes externas e outra para gerir simulações. A gestão de simulações consiste basicamente em coordenar a execução de diferentes operações e o manuseamento de arquivos. Por esse motivo, o algoritmo do programa foi concebido de forma a trabalhar em cima de uma estrutura genérica pré-determinada de pastas e de nomenclatura de arquivos. Esta arquitetura foi sendo aprimorada à medida que os padrões de uma rotina de simulação realizada pelo MOHID eram identificados. Além disso, foi adotado o método de leitura de palavras-chave para a especificação dos parâmetros para executar cada modelo. Depois de adaptado a estas normas, o SOMA passou a ser o meio para testar as versões da ferramenta. Consequentemente, este modelo é primeiro a ser controlado por ela, razão pela qual foram criados módulos para processar dados oceânicos do Mercador e atmosféricos do Skiron. O uso da linguagem de programação orientada por objetos contribuiu para simplificar o código do programa, uma vez que foram construídos métodos para serem usados mais de uma vez em diferentes situações, evitando assim a escrita repetitiva de partes iguais do código. Além disso, módulos que desenvolvem tarefas fora do contexto de simulações, como formatação de resultados ou processamento de dados de forçamentos, deram origem a outras funcionalidades já que poderiam ser acessados de forma independente. Porém, da forma como foi projetado e em conjunto com a estrutura de pastas imposta, a grande limitação do programa de gestão é de ainda não permitir a operacionalização de modelos que tenham mais do que um subdomínio definido para o mesmo nível. Além disso, quando o código divide a execução do programa em para realizar tarefas simultâneas, as mensagens impressas de cada módulo em execução surgem simultâneas na janela de prompt, tornando-se confusas para o usuário. Estas são algumas das melhorias que se irão efetuar no futuro próximo. Apesar das limitações apresentadas o sistema de gestão de simulação apresentado neste trabalho está preparado para converter modelos no modo operacional. Ainda assim, sua construção é um processo contínuo, logo, ele continuará a passar por atualizações e aperfeiçoamentos. Neste sentido, as opções para executar operações independentes, como formatação de resultados e o processamento de dados de forçamento, já estão sendo programadas e em breve serão integradas ao programa. Considerando ainda que Python possui uma vasta biblioteca embutida e diversas outras ferramentas externas, que oferecem uma ampla gama de recursos, também como trabalhos futuros, ir-se-á optimizar a paralelização de tarefas e até mesmo construção de uma interface gráfica para melhorar a visualização das mensagens. Além disso, o programa tem espaço para crescer com novos módulos para outras fontes de forçamento e até com o desenvolvimento de novas funcionalidades.

Anthropogenic litter, mainly plastic, can be found in all the oceans -since the most populated coastline to the most remote - it impacts on marine habitats, fauna and sea ongoing economic activities such as tourism, fishing and aquaculture, are negative. Qualitative and quantitative information about marine litter in our seas and oceans is required for policy development aiming to reduce marine litter and/or to assess effectiveness of existing programmes of measures. This work provided an overview of the Algarve beaches monitoring using OSPAR standardize guidelines for the 2013-2017 period, available by DGRM. Analysis of the two beaches litter surveyed data was performed using the tool Litter Analyst. The data shows an increasing trend in average item counts per year for all beaches aggregated of 11 items per year. In the period 2013-2017, plastic/polystyrene accounts for 37.3 % of all litter items found. The top-80% shows that most of the items that are included in the paper category are cigarettes buts which have a high probability to originate from the tourism sector, whilst most of the items that are included on plastic and polyester categories are plastic pieces less than 50 cm, nets and ropes. Also, the data showed increasing trends for all source categories, except for ‘others’ and shipping where decreasing trends were found. The largest increasing trend in average item counts per year is from tourism (17 counts/year). Numerical modelling is also one of the key tools with which it can gain insight into the distribution of marine litter. Over the past decade, a series of numerical simulations have been constructed that specifically target floating marine litter, based on ocean models of various complexity. This project provided an initial step in identifying available information on litter and developing preliminary analysis of its sources and distribution at the Algarve coast, using the Algarve Operational Modelling and Monitoring System (SOMA). Results showed the coastal circulation plays a fundamental role in the dynamic of floating marine litter and its accumulations on the Algarve beaches, which showed be higher during winter scenario and lower during the upwelling scenario. Also, the simulations indicate that both particle velocity and the rate of floating marine litter accumulation along the Algarve coast increase when an extra wind force is assumed. Accumulations of beached floating marine litter were fond mostly on beaches located at the southwestern region of Algarve, as well as Faro beach. Lixos antropogénicos, principalmente plásticos, podem ser encontrados em todo o mundo - desde os litorais mais populosos até os mais remotos - e seu impacto no habitat, na fauna e nas atividades econômicas costeiras e marítimas como turismo, pescas, aquacultura, são negativas. A região do Algarve apresenta uma economia regional completamente ligada ao mar, e também abrange importantes parques naturais, e atualmente, informações sobre as principais fontes, distribuição e acumulação de lixos são desconhecidas para esta região. Informações qualitativas e quantitativas sobre o lixo marinho são fundamentais para o desenvolvimento de políticas que visam reduzir o lixo marinho e/ou avaliar a eficácia dos programas existentes. Neste trabalho foi apresentado uma visão geral do monitoramento de praias do Algarve usando as diretrizes padronizadas da OSPAR para o período 2013-2017, disponíveis pela DGRM. As análises dos dados levantados sobre as duas praias Algarvias foram realizadas utilizando a ferramenta Litter Analyst. Os dados mostram uma tendência crescente na contagem média de itens por ano para todas as praias agregadas de 11 itens por ano. No período 2013-2017, plástico/poliestireno foi responsável por 37,3% de todos os itens coletados. Método Top 80% (principais lixos) mostrou maioria dos itens incluídos na categoria de papel são cigarros, mas com alta probabilidade de originar-se no setor de turismo, enquanto a maioria dos itens incluídos nas categorias de plástico e poliéster são peças de plástico com menos de 50 cm, redes e cordas. Também, os dados mostraram tendências crescentes para todas as categorias de origem, exceto "outras" e navegação onde foram encontradas tendências decrescentes. A maior tendência crescente na contagem média de itens por ano é do turismo (17 contagens /ano). A modelagem numérica também é uma das principais ferramentas com as quais pode obter informações sobre a distribuição de lixo marinho. Na última década, uma série de simulações numéricas foram construídas visando especificamente lixo marinho flutuante, com base em modelos oceânicos de várias complexidades. Neste projeto, utilizou-se a modelagem hidrodinâmica e Lagrangiana para prever pela primeira vez o destino de lixo marinho flutuante originados de fontes terrestres e marítimas na costa do Algarve em diferentes cenários oceanográficos. Utilizou-se o Sistema Operacional de Modelagem e Monitorização do Algarve (SOMA) e acrescentou um coeficiente de deriva do vento e um fator de encalhe (beaching). Os resultados também indicaram que a velocidade das partículas e a taxa de acumulação de lixo marinho na costa do Algarve aumentam quando uma força extra do vento é adicionada na simulação. Altas concentrações de lixos foram encontradas depositados principalmente na parte sudoeste da costa do Algarve, conhecida como barlavento, e nas praias de Faro.

Sea level rise is a global concern as a large percentage of the population live on the coast. The focus of this study is the impact of sea level rise on the Guadiana Estuary, an estuary in the Iberian Peninsula formed at the interface of the Guadiana River and the Gulf of Cadiz. Estuaries will be largely affected by sea level rise as these transitional environments host highly diverse and complex marine ecosystems. Model-based projections of sea level rise demonstrate that global mean sea level rise is accelerating. Major consequences of sea level rise are the intrusion of salt from the sea into fresh water as well as an increase in flooding area. Not yet fully explored in the literature are the effects of sea level rise on salinity concentrations in estuarine environments. As the physical, chemical and biological components of estuaries are sensitive to changes in salinity, the purpose of this study is to further evaluate salt intrusion and flooding in the Guadiana Estuary caused by sea level rise and the socioeconomic effects of areas surrounding the estuary. Hydrodynamics of the Guadiana Estuary were simulated in a two-dimensional numerical model with the MOHID water modeling system. A previously developed hydrodynamic model was used to further examine evolution of salinity transport in the estuary as well as flooding areas in response to sea level rise. Varying tidal amplitudes, freshwater discharge from the Guadiana River and bathymetries of the estuary were incorporated in the model to fully evaluate the impacts of sea level rise on salinity transport and flooding areas of the estuary. Results show an overall increase in salinity and land inundation in the estuary in response to sea level rise. The salinity extends westward and eastward to the saltmarshes of the estuary when there is a high freshwater discharge from the Guadiana River. Salinity extends further up the main channel when the freshwater discharge is low. A elevação do nível do mar é uma preocupação global, pois uma grande percentagem da população mundial vive na costa. O foco deste estudo é o impacto do aumento do nível do mar no estuário do Guadiana, um estuário da Península Ibérica formado na interface do rio Guadiana e do Golfo de Cádiz. Os estuários serão amplamente afetados pela elevação do nível do mar, pois esses ambientes de transição hospedam ecossistemas marinhos altamente diversificados e complexos. Projeções baseadas em modelos de aumento do nível do mar demonstram que o aumento médio global do nível do mar está a acelerar. As principais consequências do aumento do nível do mar são a intrusão de sal do mar em água doce, bem como o aumento da área de inundação. Ainda não são totalmente explorados na literatura os efeitos do aumento do nível do mar nas concentrações de salinidade em ambientes estuarinos. Como os componentes físicos, químicos e biológicos dos estuários são sensíveis a mudanças na salinidade, o objetivo deste estudo é avaliar ainda mais a intrusão e inundação de sal no estuário do Guadiana causada pelo aumento do nível do mar e os efeitos socioeconômicos das áreas ao redor do estuário. A hidrodinâmica do estuário do Guadiana foi simulada em um modelo numérico bidimensional com o sistema de modelagem de água MOHID. Um modelo hidrodinâmico da área em estudo, desenvolvido anteriormente, foi usado para examinar melhor a evolução do transporte de salinidade no estuário, bem como nas áreas de inundação em resposta à elevação do nível do mar. Diferentes amplitudes de maré, caudais de água doce do rio Guadiana e batimetrias do estuário foram incorporadas no modelo para avaliar os impactos do aumento do nível do mar no transporte de salinidade e nas áreas de inundação do estuário. Os resultados mostram um aumento geral na salinidade e inundação de terras no estuário em resposta ao aumento do nível do mar. A salinidade estende-se para oeste e leste até os sapais salgados do estuário, quando há uma alta descarga de água doce do Guadiana. A salinidade estende-se ainda mais pelo canal principal quando a descarga de água doce é baixa.

Dissertação de mestrado, Ciclo Urbano da Água, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2017 O turismo em zonas balneares é responsável por pressões nas infraestruturas do ciclo urbano da água e recursos hídricos, nomeadamente na conceção de sistemas de abastecimento de água e saneamento. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento hidrodinâmico de três emissários submarinos e impacte na qualidade das águas balneares na baía de Albufeira usando uma abordagem de modelação matemática, com base no software MOHID. São investigados os principais processos que controlam a dispersão na baía. Os primeiros desenvolvimentos consistem numa série de campanhas de medição e colheita de dados (parâmetros microbiológicos, caudais, vento, etc.) que fornecem os dados para caracterizar a dispersão neste sistema costeiro. Uma rede de pontos de observação e controlo são definidos para avaliar o impacte das plumas na zona de influência dos emissários submarinos. A aplicação e desenvolvimento do modelo de dispersão proporciona uma melhor compreensão e controlo dos processos de diluição e dispersão na baía. Os resultados da modelação são utilizados para avaliar a necessidade de desinfeção, que pode reduzir custos operacionais e permitirá um aumento da resiliência do sistema em caso de falhas nas infraestruturas de colheita, transporte e de tratamento de águas residuais e proporcionar um melhor funcionamento e gestão de instalações.

A pesar de que, en términos generales, la forma disuelta de los contaminantes suele ser más tóxica y más reactiva química y biológicamente, el impacto de la forma particulada resulta más significativo a largo plazo debido a su capacidad de acumulación y a su capacidad de actuar como una fuente secundaria de contaminantes disueltos. Por tal motivo, se ha considerado fundamental incluir la dinámica de los sólidos en suspensión puesto que la contaminación de sedimentos es considerada por varios organismos ambientales internacionales como el mayor riesgo en los ambientes acuáticos. En consecuencia, la predicción del transporte, erosión y deposición de los sedimentos es una labor de suma importancia para el entendimiento de las características de la calidad de las aguas. No obstante, debe tenerse presente que aunque la introducción de un mayor número de variables en el modelo permite realizar un análisis más preciso, requiere también de una mayor cantidad de información para alimentarlo. Las zonas de costa soportan una fuerte presión antrópica debida, principalmente, a la rápida industrialización y el aumento poblacional, lo cual, se traduce en fuentes de contaminación representadas por descargas de efluentes domésticos e industriales. Tal es el caso, por ejemplo, de la Ría de Huelva en la que, además de la presión que representa la propia actividad industrial y portuaria, los vertidos mineros y la erosión de terrenos piríticos acidifican las aguas más lejanas al mar permitiendo que los metales se mantengan en forma disuelta. El objetivo principal de este trabajo ha sido presentar un modelo simplificado para predecir la tasa de transporte de sedimentos en las tuberías de alcantarillado unitario. La distribución del tamaño de partícula y la densidad de partículas son factores muy significativos en los modelos de transporte. Varía dependiendo de la ubicación del alcantarillado y la fuente de contaminantes. En este sentido, se ha llevado a cabo un análisis de sensibilidad de la tasa de transporte y los perfiles de concentración en tuberías. El modelo que se presenta resulta de la integración de dos modelos. De un lado el Modelo de Gestión de Aguas Residuales (SWMM) de la EPA, y de otro, la incorporación a este primero del modelado del transporte de sedimentos en el interior de las conducciones del sistema de saneamiento. Esta incorporación complementa y enriquece el análisis de la red solventando la limitación del software de la EPA de no simular la propagación de contaminantes en el flujo subsuperficial, es decir, dentro de las conducciones, una vez el flujo de escorrentía entra al sistema de saneamiento., Although the dissolved form of pollutants is generally more toxic and more reactive chemically and biologically, the impact of the particulate form is more significant in the long term because of its accumulation capacity and its capacity to act as a secondary source of dissolved contaminants. For this reason, it has been considered essential to include the dynamics of suspended solids since sediment contamination is considered by several international environmental organisms as the greatest risk in aquatic environments. Consequently, prediction of sediment transport, erosion and deposition is an extremely important task in understanding the characteristics of water quality. However, it should be borne in mind that although the introduction of a greater number of variables in the model allows for a more precise analysis, it also requires a greater amount of information to feed it. The coastal zones bear strong anthropic pressure due mainly to rapid industrialization and population increase, which translates into pollution sources represented by domestic and industrial effluent discharges. This is the case, for example, of the Ria de Huelva in which, in addition to the pressure of industrial and port activity itself, mining spills and the erosion of pyritic terrains acidify the waters further away from the sea by allowing metals are maintained in dissolved form. The main aim of this work is to present a simplified model to predict the sediment transport rate in combined sewer pipe. Particle size distribution and particle density are very significant factors in transport models. It varies in function of the sewer location and pollutant source. A sensitivity analysis of the transport rate and concentration profiles in pipes has been conducted in this study. The model presented results from the integration of two models. On the one hand, the EPA's Wastewater Management Model (SWMM), and on the other, the simplified model to predict the sediment transport rate in combined sewer pipe. This integration complements and enriches the network analysis by solving the EPA's software limitation of not simulating the propagation of contaminants in the subsurface flow, i.e. within the pipelines, once the runoff flow enters the sanitation system. As well as other predictive models allow to obtain information for the analysis of the temporal and spatial distribution of the emissions to the environment, essential tool as support to the decision making to improve the control of the intermittent contamination by discharges of unitary systems. You can also obtain information on load patterns that arrive at a sewage plant or a holding tank at the start of a storm event, allowing for more rational resource planning.

Localizada na parte sul da costa da Galiza, a ria de Arousa, tem um interesse particular devido à sua importante indústria de exploração de marisco, especialmente culturas de bivalves. O crescimento, qualidade e mortalidade destes bivalves não só são afetados por possíveis incidentes de poluição, mas também por episódios de grande run-off, que podem produzir decréscimos sazonais significativos de salinidade. Neste contexto, a presente dissertação pretende contribuir para uma melhor compreensão de como as plumas de água doce provenientes dos rios vão influenciar os gradientes de salinidade e temperatura no estuário da ria de Arousa. O objetivo é proceder a uma melhoria da previsão hidrodinâmica do modelo operacional oceanográfico desta ria, que é executado diariamente pela MeteoGalicia. Para atingir esse objectivo executaram-se simulações numéricas para diferentes cenários de forçamento. Foram escolhidos dois períodos com diferentes condições meteorológicas: um período de inverno, coincidindo com chuvas fortes e um período de verão, coincidindo com a ausência de precipitação. Foi aplicado o modelo hidrodinâmico MOHID (Hydrodynamic Model) para simular os processos físicos da ria de Arousa, utilizando a metodologia de modelos encaixados. O forçamento para a superfície foi imposto através do modelo atmosférico WRF (Weather Regional Forecast), que fornece as variáveis meteorológicas necessárias. Para fronteira terra, uma ferramenta hidrológica foi implementada, o modelo SWAT (Soil water Assessment Tool), este providencia as descargas de água doce para os principais rios da região. É feita neste trabalho uma descrição da implementação deste sistema, assim como a caracterização da área de estudo. Os resultados do modelo foram comparados com medidas provenientes de bóias oceanográficas e perfis de CTDs (Conductivity-Temperature-Depth instrument) em diferentes localizações.

Dissertação de mest., Geomática (Análise de Sistemas Ambientais), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2013 The main objective of this work is to develop GIS based techniques to aid the setup of hydrodynamic models and to improve model results. This dissertation analyzes well-known GIS methods and proposes new ones to prepare and process estuarine model data. Estuarine hydrodynamic models require management of large quantities of georeferenced information. A Geographic Information System (GIS) can help to store, manage, analyze and display all these data during the input and the output phases. The hydrodynamics of the Guadiana Estuary was simulated using a 2D configuration in MOHID Water Modelling System, based on a boundary fitted curvilinear grid. GIS tools were used to pre-process the model grid and bathymetry. The water domain was extracted from the orthophoto using unsupervised classification of the image based on principal component analysis of the spectral bands. The large amount of bathymetric measurement points was decreased using a spatial regular pattern (hexagons). The missing bathymetry data in some very shallow parts of the estuary were estimated from the orthophoto using correlation between existing data and spectral band values. The bathymetry data were interpolated into curvilinear grids by several different methods, including an advanced method using river straightening (transformation to the along-channel coordinate system). The finite volume model MOHID was used to test these methods and evaluate the associated improvements. The model results were in good agreement with the observations under well-mixed conditions. Including the bathymetry estimated from orthophoto improved the accuracy of the simulations; and using advanced interpolation methods improved the results even more. The bathymetry interpolation in the channel-oriented coordinates significantly improved the direction of the water current. Good quality of the spatial input data was critical for obtaining good model results. The use of GIS tools to produce model inputs proved to be a valuable aid to coastal hydrodynamic modelling increasing substantially the model accuracy. This dissertation is useful in both theoretical and practical fields of science: in theoretical, by analyzing and developing GIS methods to prepare and process estuarine hydrodynamic model data, in practical, by creating an improved model setup for the Guadiana Estuary, using more accurate bathymetric data and a new curvilinear grid, thus obtaining more realistic results.

Disssertação de mest., Estudos Marinhos e Costeiros, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010 Os estudos de modelação morfológica e de enchimento de bacias englobam simulações levadas a cabo tradicionalmente por modelos conceptuais, geométricos, orientados por comportamento ou, mais recentemente, por modelos dinâmicos de difusão. O aumento da capacidade computacional, bem como o desenvolvimento de novas abordagens matemáticas, permite a aplicação de modelos mais complexos. A utilização conjunta de algoritmos numéricos que resolvem explicitamente as equações físicas dos processos relevantes, juntamente com a resolução de equações empíricas e semi-empíricas, cria a possibilidade de trabalhar com uma ampla gama de escalas espácio-temporais. No presente trabalho, aplica-se um modelo baseado em processos, com a finalidade de se obter a evolução morfodinâmica de longa escala temporal. O modelo utilizado é o sistema de modelação MOHID, que simula a hidrodinâmica, o transporte sedimentar, e a evolução da morfologia de fundo. Para este efeito, construiu-se batimetrias esquemáticas, representativas de uma zona costeira com comprimento variável (50 e 100 km) e 1 km de largura. O modelo considera a acção da maré, imposta na fronteira aberta, sendo negligenciadas as fontes de água. Os resultados das simulações para um período de 2000 anos foram comparados e validados com trabalhos resultantes de modelos com diferentes abordagens. Uma vez que a aplicação de um modelo baseado em processos exige um considerável esforço computacional, foram propostos e testados vários esquemas de extrapolação com a finalidade de o reduzir. Os resultados obtidos mostram uma diminuição do esforço computacional para 1/3, mantendo a consistência dos dados. Utilizando os dois esquemas de extrapolação que permitem obter os melhores resultados, simulou-se a evolução morfodinâmica para 10000 anos. A 5 influência da subida do nível do mar no preenchimento sedimentar e na evolução de fundo foi testada como um exemplo da aplicabilidade deste modelo. O conjunto de resultados obtidos no presente trabalho sugere que o sistema de modelação MOHID constitui um método promissor para avaliar a evolução morfodinâmica de um sistema natural em longas escalas temporais.