EuPTCEEx1646-88722012000300005

Aplicação de Modelação Numérica e Física para o Estudo da Reabilitação e Proteção da Praia de Colwyn Bay, País de Gales, Reino Unido

1. Introdução A praia de Colwyn Bay localiza-se na costa norte do País de Gales no Reino Unido (Figura_1). Possui valor histórico significtivo como estância balnear e valor económico, relevante para a população e administração local, como recurso turístico. Neste contexto, Colwyn Bay é conhecida pelo desenvolvimento urbanístico da sua frente marítima ao longo de uma extensão de linha de costa com cerca de 3,5 km. No entanto, atualmente, esta praia sofre de notável erosão, que se traduz numa redução da largura de praia e num rebaixamento da berma e face de praia, e consequentemente, de acentuada degradação da maioria das infraestruturas marítimas existentes (Figura_2). Atualmente, em situações de preia-mar, o Mar da Irlanda alcança o paredão (defesa longitudinal aderente) que limita a praia ao longo de toda a sua extensão longitudinal, provocando a degradação desta estrutura centenária (já reforçada no passado). Em situações de tempestade, quando ocorrem ventos fortes e baixas pressões atmosféricas, as elevadas alturas de onda e sobrelevação do nível do mar dão frequentemente origem a galgamentos que causam inundações da estrada marginal adjacente à defesa longitudinal aderente, pondo em perigo pessoas, bens e infraestruturas.

Em suma, a praia encontra-se em avançado estado de degradação das suas funções recreativa (como zona de lazer e uso balnear) e de proteção costeira, e a defesa longitudinal aderente encontra-se fragilizada estruturalmente e não garante proteção contra os galgamentos. Dada a situação, a autoridade local (Conwy County Borough Council) decidiu desenvolver um plano de defesa costeira baseado no redimensionamento da defesa longitudinal aderente e na reabilitação e proteção da praia (CCBC, 2007). O estudo que aqui se descreve insere-se no âmbito de uma estratégia de gestão costeira baseada em defesa da acção do mar e teve como objetivo testar, analisar e avaliar soluções alternativas de reabilitação e proteção da praia baseadas numa estratégia de alimentação artificial e soluções alternativas estruturais para melhoria da defesa longitudinal aderente. Neste contexto, realizou-se a caracterização da dinâmica da praia para, com base no seu conhecimento, testar soluções alternativas de longo prazo baseadas em alimentação artificial com e sem estruturas de retenção/proteção (esporões, esporões em Y e quebra-mares destacados). O teste destas soluções baseou-se em modelação numérica da morfodinâmica de curto prazo e da evolução da linha de costa a longo prazo.

Procedeu-se também ao teste de soluções alternativas do perfil transversal da defesa longitudinal aderente recorrendo a modelação física realizada em canal de ondas, para verificação da sua estabilidade e dos galgamentos.

Na próxima secção descrevem-se os métodos aplicados na caracterização da dinâmica da praia, na análise de soluções alternativas para a reabilitação e proteção da praia e na análise de soluções alternativas para a melhoria da defesa aderente. Os principais resultados são apresentados na secção seguinte e é com base na sua análise crítica que se conclui sobre a eficiência das soluções e se fazem recomendações relativamente às soluções a implementar.

2. Métodos 2.1. Análise de dados e modelação numérica da praia 2.1.1. Caracterização da dinâmica hidro-sedimentar A caracterização da dinâmica da praia consistiu: a) na análise da evolução morfológica da face e berma de praia, b) na análise da composição sedimentológica das mesmas zonas, c) na análise do regime de agitação marítima (e em particular das tempestades), d) na análise do nível do mar (especificamente, da componente devida à maré astronómica e da componente devida à sobrelevação meteorológica) e e) na análise do transporte longitudinal na zona ativa submersa (faixa adjacente à linha de costa, do lado do mar, onde ocorre transporte sedimentar significativo na componente longitudinal). A metodologia aplicada, esquematizada naFigura_3, baseou-se num vasto conjunto de dados observados: levantamentos topo-hidrográficos desde 1956, fotografias aéreas de diversas datas, informação sobre os sedimentos da face e berma de praia, uma série temporal de 19 anos de parâmetros de agitação marítima e uma série temporal de 15 anos do nível do mar.

De forma sucinta, descreve-se seguidamente a metodologia aplicada: a) A análise da evolução morfológica baseou-se em levantamentos topo- hidrográficos de diferentes datas, compreendidas entre 1956 e 2007, e incluiu os seguintes aspetos: a evolução da posição da linha de costa; a evolução tridimensional (3D) da face de praia; e a evolução do perfil transversal de praia. A evolução da posição da linha de costa, isolinha correspondente à elevação igual a 0 m relativa ao Ordinance Datum Newlyn (ODN), foi determinada com base na ferramenta Digital Shoreline Analysis System (DSAS), que estende as funcionalidades do software ArcGIS (ESRI), permitindo a automatização de grande parte das tarefas relacionadas com a análise quantitativa da evolução da linha de costa (Thieler et al., 2009). As datas dos levantamentos analisados foram 1956, 1980, 1990, 2002 e 2007. A evolução 3D da face da praia incluiu a sua totalidade, desde o limite do paredão (2,5 m ODN) até à cota aproximada de -1,5 m ODN, e baseou-se na comparação dos modelos digitais de elevação construídos com base em levantamentos topográficos datados de Outubro de 2001 a Novembro de 2007 (aproximadamente 2 levantamentos anuais). A zona de análise consistiu na área comum dos levantamentos, correspondendo a uma área total de 433,8 x 103 m2. Obtiveram-se balanços volumétricos e taxas de erosão e assoreamento para cada período de comparação. A evolução do perfil transversal da praia baseou-se em dois tipos de dados: levantamentos históricos de 103 perfis de praia datados entre 1956 e 1995; e levantamentos topográficos mais recentes, de Novembro de 1997 a Maio de 2009. Foram avaliados vários indicadores morfológicos sobre a evolução de cada perfil, designadamente a variação média, máxima e a taxa de variação da elevação da face de praia na base da defesa longitudinal aderente.

Dos levantamentos mais recentes foram analisados os datados de Outubro de 2001 a Maio de 2009 (2 levantamentos por ano), nomeadamente 5 perfis transversais (por apresentarem melhor consistência nas direções), desde a defesa longitudinal até aproximadamente à elevação -4 m ODN. Os parâmetros morfológicos analisados foram: largura da praia a diferentes níveis de referência (0, -2 e -3 m ODN); área da praia, estimada em cada perfil acima do 0m ODN e entre 0 e -2 m ODN; e volume subaéreo da praia, considerando que cada perfil tem uma extensão lateral igual à soma de metade da distância entre dois perfis consecutivos.

b) A análise da composição sedimentológica foi efetuada com base em sondagens curtas ao longo de 9 perfis (3 sondagens por perfil e 3 amostras por sondagem recolhidas às elevações 1,5 m, 0,0 m e -2,6 m ODN). Foram determinados os parâmetros diâmetro mediano, D50, e coeficiente de graduação, s ( igual a (D84/ D16)0,5, em que D16 e D84 são os valores de diâmetro abaixo dos quais 16% e 84% da distribuição têm diâmetros inferiores, respetivamente). A densidade das partículas foi determinada para algumas amostras, assim como a composição mineralógica da fração arenosa, que foi avaliada através de observação à lupa binocular.

c) A análise da agitação marítima foi efetuada com base no processamento de três séries (correspondentes a três posições ao largo em frente à praia: Oeste, Central e Este) de valores horários dos seguintes parâmetros: altura de onda significativa, Hs, período médio da onda, Tz, e direção média da onda, ?. Estas séries foram obtidas através de um modelo de reconstituição (hindcast) da agitação marítima forçado pelo vento ocorrido ao longo de 19,5 anos, entre 1986/10/01 e 2006/03/31.

Verificou-se que as falhas (lacunas) das séries de agitação marítima resultantes da falta de dados de vento (ou vento nulo), correspondentes a 13% dos dados, se encontravam bem distribuídas ao longo do ano. Tendo em vista a reconstituição das séries, essas falhas foram colmatadas da seguinte forma: por valores interpolados, no caso do intervalo de falha ser inferior a um dia; e pelos valores médios diários anuais (ou considerando todos os registos naquele dia em todos os anos) no caso de falhas com duração superior a um dia. A caracterização do regime médio foi feita em classes de 0,25 m para Hs, 1 s para Tz e 10° para ?.

d) A análise do nível do mar baseou-se na série temporal de dados do marégrafo de Llandudno (a cerca de 8 km a Oeste de Colwyn Bay), entre Maio de 1994 e Dezembro de 2008. Os dados contêm: níveis de água medidos a cada 15 minutos (referidos ao Admiralty Chart Datum Reference (ACD), cuja relação com ODN é ACD=ODN-3.85 m), e os resíduos calculados pela diferença entre os valores medidos e os níveis de maré previstos pelo BODC (British Oceanographic Data Centre). As falhas encontradas nos registos, por ano, oscilam entre aproximadamente 45% (em 1994) e 0% (ano completo, em 2005). O período máximo com falhas é de 3,5 meses. Tendo em vista a construção de uma série temporal contínua de nível do mar com início em 1987/01/01 (início do período considerado para a agitação marítima) aplicou-se a seguinte metodologia: i) calcularam-se as constituintes de maré utilizando o software T_TIDE (Pawlowicz et al., 2002), com base nos dados do período entre 1995/01/01 e 2000/12/31 (6 anos); ii) reconstituiu-se a série de níveis de maré para o período completo de 19 anos com início em 1987/01/01, a partir das constituintes de maré; iii) adicionou-se a sobrelevação registada na série original aos valores previstos para o nível de maré (usaram-se exatamente os valores registados para o período entre 1995 e 2005, e para o período entre 1987 e 1994 utilizaram-se os resíduos medidos em outros anos).

e) A análise do transporte longitudinal na zona ativa submersa foi efetuada com base na aplicação do modelo Litdrift (DHI, 2008) para os 19 anos completos (1987-2005) das séries de agitação marítima e nível do mar (esta última construída conforme descrito acima). Foi aplicado um modelo numérico do tipo perfil (2D-vertical), baseado nos principais processos físicos costeiros determinantes para o transporte sedimentar (em suspensão e de fundo) na zona de rebentação, que inclui a variação granulométrica (através do parâmetros D50 e s) dos sedimentos na direção transversal da praia. O cálculo do transporte longitudinal num perfil representativo da morfologia da praia (aproximadamente no centro da zona de estudo) foi antecedido por uma análise de sensibilidade aos parâmetros sedimentológicos, uma vez que se verificou a existência de grande variabilidade do valor destes parâmetros, assim como a existência de afloramentos argilosos, na face de praia. Aplicou-se um espaçamento horizontal de 2 m ao longo do perfil transversal e a cada ponto associaram-se os respetivos parâmetros sedimentológicos (extrapolados com base nos resultados das amostras superficiais e nas conclusões da análise de sensibilidade realizada). Através da aplicação do modelo determinou-se o transporte sedimentar instantâneo, de 3 em 3 horas, em cada ponto do perfil, para os 19 anos em apreço. Com base neste resultado calculou-se a capacidade de transporte sedimentar em cada sentido longitudinal da praia (Este e Oeste) e a extensão da zona onde ocorre 90 e 95% do transporte (assim como a correspondente profundidade). Com base nestes resultados também foi possível concluir sobre outros parâmetros de caracterização da dinâmica sedimentar da praia, tais como a variabilidade anual e sazonal do transporte longitudinal.

2.1.2. Soluções alternativas Tendo em vista definir soluções alternativas de reabilitação e proteção baseadas numa estratégia de alimentação artificial, implementou-se uma metodologia constituída por duas partes principais, que tiveram por objetivo: a primeira, a definição do perfil de enchimento; e a segunda, o teste de soluções de longo prazo, algumas com estruturas de retenção/proteção (esporões, esporões em Y e quebra-mares destacados) (Figura_3).

O dimensionamento do perfil de enchimento e, consequentemente, a estimativa do volume de enchimento, foi baseado: i) no conceito de perfil de equilíbrio, para a face e zona submersa ativa; e ii) na resiliência do perfil em condições de tempestade, para a berma. Neste caso de estudo, foi considerado o efeito da grande amplitude de maré (entre 4 a 8 m) na geometria do perfil de longo prazo, tendo sido usado um perfil de equilíbrio de dois-declives baseado no método 2S-EBP (2 Slope'Equilibrium Beach Profile) de Bernabeu et al. (2003). Este método incorre na determinação de 4 coeficientes de forma da praia que são função do número adimensional de queda das partículas, Ω = Hs/wT (onde T foi considerado o período médio da onda, Tz), que por sua vez contém a dependência da dimensão característica dos sedimentos através da velocidade de queda, w.

Determinaram-se perfis de equilíbrio para 3 diâmetros característicos dos sedimentos: D50=0,25, 0,5 e 0,75 mm. A cota do topo do perfil de praia foi dimensionada em função do nível máximo de água ou do nível de água excedido somente uma pequena percentagem de tempo.

O dimensionamento da berma foi baseado em: i) condicionamentos económicos (considerando que quanto mais estreita for a berma menor será o volume de recarga), ii) necessidade de uma largura razoável para utilização balnear e de recreio (apesar de também vir a ser condicionada pelas alterações da forma plana a longo prazo) e iii) manutenção de uma largura mínima de segurança para evitar a ação direta da agitação sobre o paredão em condições de tempestade. Foi no âmbito desta última condição que se testou a resiliência do perfil em condições de tempestade.

Considerando uma largura de berma de 50 m e a dimensão das partículas sedimentares disponíveis para o enchimento (informação obtida através da prospeção da área de empréstimo), que se associou à respetiva configuração de perfil 2S-EBP, estabeleceu-se um conjunto de casos de teste (Tabela_1).

Simulou-se a evolução do perfil de enchimento sob ação erosiva para estes casos. Aplicou-se o modelo numérico Litprof (DHI, 2008), 2D-vertical, do tipo modelo de perfil, baseado nos processos físicos litorais de morfodinâmica de curto prazo. Testaram-se as tempestades ocorridas em Fev/1990 e Dez/1990 (Figura_4). A primeira correspondeu ao período mais longo de ondas consecutivas com Hs superior a 3 m da série de 19 anos de agitação marítima. A segunda correspondeu ao período em que o nível do mar alcançou níveis mais elevados devido à sobrelevação (gerada por baixas pressões meteorológicas). Nos testes 1-5 a berma foi considerada plana ao nível 4 m ODN. Nos testes 6-7 a berma foi considerada com declive 1:100, desde o nível 5 m ODN, junto ao paredão, até ao nível 4,5 m ODN.

O teste das soluções alternativas de longo prazo foi baseado na aplicação de dois modelos numéricos de evolução da linha de costa, os modelos Litmod (Vicente, 1991; Vicente e Clímaco, 2003) e Litline (DHI, 2008). A aplicação dos dois modelos deve-se ao facto deles terem diferentes abordagens metodológicas e consequentemente diferentes capacidades e limitações. Por exemplo, o Litline simula a variação instantânea do nível do mar devida à maré e o Litmod não (foi aplicado para o nível médio do mar); o Litmod simula o efeito de esporões em forma de Y e o Litline não. A aplicação de ambos permitiu testar um conjunto alargado de soluções de reabilitação.

A primeira fase da metodologia de modelação das soluções alternativas consistiu na calibração dos modelos. Foi realizada para o período Out/2001 ' Jul/2005, porque o primeiro levantamento completo da zona foi realizado em Out/2001 e a série temporal de agitação marítima termina em 2005. As linhas de costa (nível 0 m ODN) utilizadas no processo de calibração foram: a linha de Out/2001, como linha inicial; e as quatro linhas Out/2002, Jul/2003, Maio/2004 e Jul/2005, como linhas de verificação. Foram considerados os perfis de praia de Out/2001 em consonância com a data da linha de costa inicial. Considerou-se o gradiente (variação espacial) de energia incidente na praia ao longo da direção longitudinal através da utilização dos três climas de agitação (Oeste, Central e Este) em ambos os modelos. No modelo Litline utilizaram-se espaçamentos de células iguais a 40 e 2 m ao longo da linha de base (linha de referência do modelo) e do perfil, respetivamente, e consideraram-se as seguintes condições fronteira: zona ativa bloqueada até ao quebra-mar destacado (com difração) na fronteira Oeste, e zona ativa totalmente aberta na fronteira Este. No modelo Litmod utilizou-se a fórmula de Kamphuis (Kamphuis, 1991) para o cálculo do transporte sólido litoral, um passo de cálculo de 0,01 dia e células com 40 m de comprimento ao longo da linha de base. As condições fronteira consistiram: na taxa de transporte imposta na fronteira Este e na taxa de transporte a Oeste resultante do processo de evolução morfológica (erosão/acreção) observado entre fronteiras.

A segunda fase da metodologia para modelação das soluções alternativas consistiu no teste de duas soluções de alimentação artificial sem estruturas de proteção. Testou-se a evolução (para os 19 anos da série de agitação marítima) do enchimento da praia para dois tipos de sedimentos e respetivos perfis (2S- EBP e berma com declive 1:100 entre os níveis 5 e 4,5 m ODN). Estas soluções corresponderam a: 3,3 milhões de m3 de areia com D50=0,25 mm (área de enchimento 1,6 milhões de m2); e 2,2 milhões de m3 de areia com D50=0,45 mm (área de enchimento 1,3 milhões de m2s).

A terceira fase da metodologia para modelação das soluções alternativas consistiu no teste de soluções de alimentação com estruturas de proteção, tais como esporões, esporões em Y e quebra-mares destacados. O objetivo foi analisar o efeito das estruturas implementadas na retenção do volume de areia depositado na praia.

2.2. Modelação física da defesa aderente Nesta secção descrevem-se aspectos de modelação física relacionados com a análise da estabilidade e dos galgamentos das várias soluções alternativas do perfil transversal da defesa longitudinal aderente de enrocamento, que foi inicialmente pensada para ser utilizada no extremo Este de Colwyn Bay.

Descreve-se a configuração do modelo físico no que diz respeito às instalações de ensaio, à escala do modelo, aos perfis transversais, aos fundos do modelo, ao programa de ensaios e à avaliação da estabilidade e dos galgamentos dos perfis.

2.2.1. Instalações de ensaio e escala do modelo Realizaram-se ensaios com vista à análise da estabilidade e dos galgamentos, em modelo físico bidimensional, num canal de ondas irregulares, com cerca de 50 m de comprimento, 1,6 m de largura e 1,2 m de profundidade (largura e profundidade úteis de 0,8 m) (Reis et al., 2010). Utilizou-se um batedor de pistão com um sistema de absorção ativa da reflexão, AWASYS (Troch, 2005), controlado pelo software SAM (Capitão, 2002).

Os modelos foram construídos e explorados de acordo com a semelhança de Froude, tendo sido utilizada a escala geométrica de 1:25. Esta escala foi selecionada de maneira a garantir que os principais aspetos da interação onda-estrutura (reflexão, dissipação e transmissão, especialmente por galgamento), eram bem reproduzidos no modelo, eram evitados efeitos de escala significativos, especialmente no que se refere à reprodução da rebentação e do escoamento nos mantos da estrutura, e as condições de teste definidas podiam ser reproduzidas na instalação de ensaio com os recursos disponíveis (Hughes, 1993; De Rouck et al., 2005).

2.2.2. Perfis transversais e fundos do modelo Foram construídas e testadas oito alternativas para o perfil transversal da defesa longitudinal aderente de enrocamento, denominadas Alternativas 1 a 8. A Tabela_2 apresenta as principais características da Alternativa 1 e as diferenças desta para as restantes alternativas (2 a 8). As oito alternativas diferiam principalmente na inclinação do talude do manto exterior, na geometria e permeabilidade da berma do coroamento e na geometria do muro-cortina. A Alternativa 1 foi desenvolvida a partir do perfil transversal preliminar que foi identificado no plano de defesa costeira (CCBC, 2007) e da avaliação empírica do seu desempenho relativamente aos galgamentos. As alternativas subsequentes foram testadas para avaliar o impacto provocado pela alteração de diferentes características da estrutura. A Figura_5 apresenta os perfis transversais das Alternativas 1, 5, 7 e 8.

No modelo, os fundos em frente ao local de implantação da defesa longitudinal aderente foram reproduzidos por intermédio de um fundo fixo, desde o pé do talude da estrutura até ao nível de -0,164 m, o que correspondia no protótipo ao nível de 0 m ACD (-4,1 m ODN, Figura_6). O fundo foi reproduzido por duas rampas de diferente inclinação: 1:50 nos 5 m (125 m no protótipo) existentes imediatamente em frente à estrutura e 1:100 nos restantes 4,4 m (110 m no protótipo).

2.2.3. Programa de ensaios Para cada uma das alternativas propostas para o perfil transversal da defesa longitudinal aderente, o programa de ensaios especificava uma sequência de testes, realizados com ondas irregulares, com uma configuração espectral empírica de JONSWAP (com um fator de esbelteza, ?=3,3). A cada um deles correspondiam valores nominais pré-definidos de altura de onda significativa, Hos, e período médio, Tom, na batimétrica -4,1 m ODN, e um nível de maré (Tabela_3). Estas condições resultaram de uma análise de probabilidade conjunta de ocorrência de ondas e marés realizada para a frente marítima de Conwy (HR Wallingford, 2004) e os níveis de maré tiveram em conta previsões de futuras subidas do nível do mar indicadas nas atuais recomendações da DEFRA (2006).

Os valores de Hos e Tom variaram entre 1,8 m e 4,0 m e 5,6 s e 8,6 s, respetivamente, abrangendo uma grande gama de condições com períodos de retorno entre 1 e 200 anos, que incluíam os potenciais casos mais desfavoráveis de probabilidade conjunta que tinham sido identificados em estudos preliminares de avaliação empírica do galgamento. No total, foram realizados 96 testes, cada um deles com uma duração aproximada de 1000 ondas.

Para a medição da superfície livre, o canal foi equipado com quatro sondas de condutância (Figura_6). Foram colocadas duas sondas fixas (sondas 1 e 2) próximas do batedor, necessárias ao funcionamento do sistema de absorção ativa da reflexão. A terceira sonda (sonda 3) foi localizada no final da parte horizontal do canal. A quarta sonda (sonda 4) foi posicionada em frente à estrutura. Os sinais provenientes das sondas foram adquiridos à taxa de 40 Hz (escala do modelo), guardados em formato digital e analisados através do software SAM.

2.2.4. Avaliação da estabilidade e galgamentos Para cada alternativa, a estabilidade do manto exterior foi analisada, em cada teste, através da contagem do número de quedas de blocos de enrocamento de 3 t a 6 t e da determinação da respetiva percentagem, calculada através da divisão daquele número pelo número total de blocos utilizado no modelo. Considerou-se que houve queda de um bloco sempre que este se movimentou da sua posição original numa distância igual ou superior ao seu diâmetro nominal.

O número de quedas de blocos por cada teste foi avaliado através da observação visual do modelo durante o teste, pela comparação de fotografias tiradas antes e depois do teste e pela análise do respetivo vídeo.

A percentagem de quedas de blocos foi comparada com a percentagem máxima aceitável de 5% recomendada em CIRIA/CUR/CETMEF (2007), designada como a inexistência de danos (no damage condition).

Para determinar os valores médios de caudais galgados por metro linear de estrutura, Q (l/s/m), foi colocado um tanque de recolha de água a jusante da obra e a água era direcionada para o tanque através de uma rampa de 0,30 m de largura (Figura_6). Dentro do tanque instalaram-se uma bomba e um limnímetro, ligados a um computador que monitorizava e registava a variação de nível em cada ensaio com uma frequência de 40 Hz. Quando era atingido, no tanque, um nível máximo de água pré-estabelecido, a bomba era ativada por um período fixo de tempo. O volume de água bombada foi determinado com base na curva de calibração da bomba. A medição da variação do nível de água no tanque durante um ensaio, juntamente com a curva de calibração da bomba, permitiam determinar os valores médios de caudais galgados por metro linear de estrutura, Q.

Os valores de Q obtidos para cada teste foram comparados com o valor máximo aceitável de 0,1 l/s/m que tinha sido identificado como sendo adequado para os principais utilizadores da zona costeira protegida pela defesa longitudinal aderente (peões e/ou veículos), de acordo com as atuais recomendações disponíveis em Pullen et al. (2007).

3. Resultados 3.1. Caracterização da dinâmica da praia Os resultados da análise da evolução da posição da linha de costa entre 1956 e 2007 (Figura_7) mostram uma variação considerável da posição desta linha, tendo o valor máximo residual de deslocamento sido de 50 e 20 m, de recuo e avanço, respectivamente (Figura_7A). O deslocamento médio da linha de costa foi de 13 m (recuo), correspondendo a uma área de cerca de 51x103 m2. Entre 1956 e 1980 praticamente toda a praia mostrou uma progressiva acreção, mais evidente no sector central. No período entre 1980 e 1990 ocorreu uma situação de recuo generalizado da linha de costa, com uma taxa média de erosão de 5 m.ano-1 e máxima perto de 8 m.ano-1 (Figura_7B). Esta situação terá estado associada a eventos de agitação marítima mais energéticos, que ocorreram entre 1988 e 1990, mas também à construção, nesse período, de estruturas de defesa costeira (quebra-mares de Rhos-on-Sea, Figura_1, e Penrhyn Bay, a Oeste do primeiro) que terão alterado a contribuição sedimentar à praia. Após este período, a praia mostrou uma recuperação ligeira com taxas de acreção média e máxima entre 1990 e 2002 de 2 e 5 m.ano-1, respetivamente. Depois de 2002, verificou-se a sua estabilização, a uma taxa inferior a 0,5 m.ano-1. No período total de análise a praia perdeu, em área, cerca de 51x103 m2, da qual cerca de 50% foi recuperada após 1990.

A evolução 3D da face da praia, entre Outubro 2001 e Novembro 2007, mostra a dominância do processo erosivo, com perda de sedimento da ordem de 40x103 m3, a uma taxa de 7x103 m.ano-1, o que corresponde a um rebaixamento vertical médio de 15 mm.ano-1 (Figura_8). Entre Outubro de 2001 e Maio de 2002 a taxa de erosão observada foi a mais elevada, igual a 49x103 m3.ano-1, seguindo-se a recuperação da praia na mesma ordem de grandeza. No entanto, as oscilações volumétricas subsequentes promoveram a erosão geral da mesma. Os resultados mostraram que o sentido da variação volumétrica nem sempre está associado à sazonalidade do clima de agitação.

A evolução vertical da zona superior da face de praia (na base da defesa longitudinal aderente) mostra que houve um rebaixamento longitudinal praticamente constante, com variação máxima entre 1984 e 1990, no valor de 1,6 m, e uma taxa de evolução de 0,2 m.ano-1 (Tabela_4). Os resultados para o período 1984-1988 refletem a acumulação observada no extremo Oeste da praia como consequência da construção do quebra-mar de Rhos-on-Sea. A evolução dos perfis transversais de praia evidencia a acentuada variabilidade morfológica dos mesmos, quer longitudinal, quer transversal. De um modo geral, os perfis que apresentam maior variabilidade morfológica são os dos extremos Oeste e Este, sendo a zona inferior da face de praia o sector onde a variação volumétrica é mais evidente. Não se observou uma correlação entre a variabilidade morfológica dos perfis e a sazonalidade do clima de agitação.

Os resultados da análise da composição sedimentológica mostraram que os sedimentos da praia de Colwyn Bay são principalmente areias. No entanto, encontra-se uma fração importante de material mais grosseiro (cascalho e blocos) na parte superior da face de praia ou em pequenas depressões ao longo da zona inferior do perfil. No extremo Oeste, na zona protegida pelo quebra-mar de Rhos-on-Sea, sedimentos vasosos cobrem a zona inferior da face de praia e níveis de argila compacta afloram na zona inferior da face de praia, principalmente no seu extremo Este. Na zona superior da face da praia, as areias são grosseiras a cascalhentas, com D50 entre 0,6 e 3 mm, e mal calibradas (s>3). Em alguns locais, os sedimentos são praticamente constituídos por bioclastos. Na zona inferior do perfil, as areias apresentam grão fino a médio (D50=0,2-0,3 mm) e são bem calibradas (s~1). Para além da triagem granulométrica transversal, o diâmetro mediano dos sedimentos apresenta variabilidade longitudinal, com aumento do D50 nos extremos da praia, sectores com maior variabilidade morfológica, e particularmente em direção a Este. A densidade média das partículas é de 2,7.

Os resultados da análise do regime médio de agitação marítima ao largo (ver histogramas para a posição Central na Figura_9) mostraram que predominam os períodos de calmaria, com Hs<0,25 m e 2<Tz<4 s. As direções de agitação mais frequentes (somando 65% das ocorrências) são as compreendidas entre 285°<?<345°, seguindo-se a agitação proveniente do quadrante Nordeste (totalizando 28% das ocorrências). A altura de onda significativa máxima é inferior a 3,25m, oriunda da direção ?=0°, enquanto o valor médio de Hs é igual a 0,44 m (Tz=3 s).

Os resultados da análise de tempestades para 3 diferentes limiares de altura de onda (Hs>2,0, 2,5 e 3,0 m) e quatro intervalos de duração da tempestade (t<1, 2 e 3 dias, e t>3 dias) mostraram que ocorreram mais temporais no período entre 1987-1993 do que nos anos seguintes. A maior tempestade (maior Hs maior e mais longa duração) ocorreu de 7 a 12 de Dezembro de 1990, secundada pela ocorrida de 26 de Fevereiro a 2 de Março de 1990, e utilizada para o dimensionamento do perfil ótimo da praia, devido à sua conjugação com níveis de água extremos.

Os resultados da análise do nível do mar a partir da série temporal (reconstituída) de 19 anos de níveis de água mostraram que o nível máximo estimado foi 5,2 m, e os níveis de 4,0, 4,5 e 5,0 m ODN são somente excedidos, em média, 5 dias por ano, 1 dia por ano e 1 dia em 50 anos, respetivamente.

Estes três níveis foram escolhidos para duas hipóteses de configuração da berma e perfil de enchimento. Determinou-se ainda a amplitude de maré modal (mais frequente), igual a 6,25 m.

Os resultados da análise do transporte longitudinal na zona ativa submersa para os 19 anos de agitação marítima e nível do mar, entre 1987 e 2005, mostraram grande variação interanual da capacidade de transporte sedimentar, entre 51,9x103 e 187,5x103 m3.ano-1 para a resultante do transporte (diferença entre as componentes dirigidas para Este e para Oeste) (Figura_10b). Constatou-se que existe uma predominância do transporte para Este, de cerca de 95% do transporte total, tendo sido o valor médio do transporte para Oeste e para Este de 6,3x103 e 109,9x103 m3.ano-1, respetivamente (Figura_10a). Como consequência, os transportes resultante e total (diferença e soma entre as duas componentes) médios foram bastante semelhantes: 103,5x103 e 116,3x103 m3.ano-1, respetivamente (Figura_10b). A análise da distribuição transversal do transporte longitudinal ao longo da zona ativa submersa mostrou que os valores médios da extensão transversal (ao longo do perfil) onde ocorre 90 e 95% do transporte total são 218 e 249 m, respetivamente. As profundidades correspondentes são -3,0 e -3,6 m ODN, respetivamente. Ao contrário da grandeza do transporte, estes parâmetros evidenciaram uma pequena variação interanual.

Tal dever-se-á ao facto de dependerem maioritariamente da ocorrência de ondas com maior capacidade de transporte, as ondas com maior altura, que iniciam o seu processo de rebentação mais ao largo.

Os resultados descritos permitiram não só caracterizar a dinâmica da praia, conforme demonstrado, mas também foram fundamentais para a modelação das soluções alternativas, quer em perfil, quer em planta, pois foi com base neles que se estabeleceram as condições geomorfológicas iniciais, de calibração e de verificação, e as condições de hidrodinâmica que permitiram executar as previsões do comportamento hidro-sedimentar da futura praia, apresentadas na secção seguinte.

3.2. Soluções alternativas de reabilitação e proteção da praia Estabelecidos os perfis de enchimento resultantes da combinação de duas configurações para a berma (plana e inclinada) e cinco configurações para o perfil (três do tipo 2S-EBP, para D50=0,25, 0,45 e 0,75 mm, e duas de declive constante), realizaram-se testes para a análise da morfodinâmica de curto prazo, nomeadamente para simular a ação erosiva das tempestades de Fev/1990 e Dez/1990, Tabela 1. Os resultados da variação morfológica ao longo do perfil (Figura_11 e Tabela_5) mostraram que a tempestade de Fev/1990, em que os níveis do mar atingiram valores mais elevados, causou maior erosão (apesar das ondas terem cerca de metade da altura das ocorridas na tempestade de Dez/1990, Figura 4). A berma horizontal ao nível 4 m ODN permaneceu inalterada sob ação da tempestade de Dez/90 para os três testes efetuados (testes 1-3), nos quais apenas ocorreu erosão da face de praia (Figura_11a e Tabela_5). Contudo, sob ação da tempestade de Fev/90, a mesma berma (testes 4-5) foi quase totalmente erodida (Figura_11b e Tabela_5). Constatou-se que a dispersão granulométrica, s, é um parâmetro bastante influente na estabilidade do perfil de praia. Os resultados numéricos indicaram que este parâmetro pode ser mais relevante do que o diâmetro mediano, D50, no processo de erosão. Concluiu-se que uma berma horizontal com 50 m de largura ao nível 4 m ODN é insuficiente para evitar a ação direta das ondas sobre o paredão, quando submetida à pior tempestade conhecida. Para estas condições de estado do mar, apenas a berma de 50 m de largura e declive 1:100, implementada desde o nível 5 m ODN junto ao paredão até ao nível 4,5 m ODN, mostrou resiliência ao processo de erosão (Figura_11c e Tabela_5). Salienta-se que, mesmo para esta geometria de topo de praia, apenas um perfil com pequena dispersão granulométrica, da ordem do valor aqui testado, s =1,72, pode garantir uma largura mínima da berma de segurança.