Estuary Hydro-morphological study

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Hydro-morphological study

Tagus Estuary

Part 2 Estuarine circulation modei

^/oJume 2.1

TdXt

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Hydro-morphological study

Tagus Estuary

P a r t 2 E s t u a r i n e c i r c u l a t i o n m o d e l V o l u m e 2 . 1 T e x t J u n e 1 9 8 2 / P 4 7 3

hyÖRonamiG

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P a r t I I

E s t u a r i n e C i r c u l a t i o n M o d e l

TABLE OF CONTENTS

SU:iMARY AND CONCLUDING REMARKS

1 , INTRODUCTION

U l . PROJECT S E T T I N G ^ 1 . 2 . TERMS OF REFERENCE 5 1 . 3 . SCOPE OF STUDY - o 1 . 4 . REPORT FORMAT ^

2 . TAGUS ESTUARY FLOW REGIME

2 . 1 . D E S C R I P T I O N OF PROTOTYPE 11 2 . 1 . 1 . G e n e r a l 11 2 . 1 . 2 . T h e r i v e r m o u t h a n d t h e o u t e r z o n e 11 2 . 1 . 3 . T h e r i v e r e n t r a n c e 12 2 . 1 . 4 . T h e i n n e r e s t u a r y 12 2 . 2 . A C Q U I S I T I O N AND I N T E R P R E T A T I O N OF F I E L D DATA 14 2 . 2 . 1 . G e n e r a l 2 . 2 . 2 . G r i d a n d D a t u m 1 ^ 2 . 2 . 3 . B a t h y m e t r y 1 ^ 2 . 2 . 4 . T i d a l e l e v a t i o n s a n d t i d a l r a n g e 15 2 . 2 . 5 . E s t u a r i n e f l o w v e l o c i t i e s 17 2 . 2 . 6 . F r e s h w a t e r d i s c h a r g e I 8 2 . 2 . 7 . S a l i n i t y d i s t r i b u t i o n s 19 2 . 2 . 8 . B e d r o u g h n e s s 21

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3 . 2 . HYDRONAMIC°S 2 - 0 UNSTEADY FLOW MODEL 32 3 . 2 . 1 . G e n e r a l • 32 3 . 2 . 2 . S h a l l o w w a t e r e q u a t i o n s 33 3 . 2 . 3 . C o m p u t a t i o n a l s c h e m e » • 3 ^ 3 . 2 . 4 . C o m p u t a t i o n a l p r o p e r t i e s 37 3 . 2 . 5 . P r o g r a m m e i m p l e m e n t a t i o n 3 9 3 . 2 . 6 . D a t a p r o c e s s i n g '•O 3 . 3 . MODEL C A L I B R A T I O N AND V E R I F I C A T I O N

4 . TAGUS OUTER ESTUARY MODEL

4 . 1 . INTRODUCTION 4 . 2 . C A L I B R A T I O N 4 . 3 . SPRING T I D E 4 . 3 . 1 . W a t e r l e v e l . • 4 . 3 . 2 . F l o w v e l o c i t y 4 . 4 . NEAP T I D E 4 . 4 . 1 . W a t e r l e v e l . 4 . 4 . 2 . F l o w v e l o c i t y 0 . 4 3 . . 4 4 . . 4 4 4 4 4 5

5 . TAGUS INNER ESTUARY MODEL

5 . 1 . INTRODUCTION ^ 9 5 . 2 . C A L I B R A T I O N AND V E R I F I C A T I O N 50 5 . 3 . MEAN SPRING T I D E 50 5 . 3 . 1 . W a t e r l e v e l 50 5 . 3 . 2 . F l o w v e l o c i t y 51 5 . 4 . MEAN NEAP T I D E 55 5 . 4 . 1 . W a t e r l e v e l 55 5 . 4 . 2 . F l o w v e l o c i t y 55

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SUMMARY AND CONCLUDING REMARKS T h e L i s b o n P o r t A u t h o r i t y , A d m i n s t r a c a o G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a , h a s p l a n n e d t o d e v e l o p m a n a g e m e n t g u i d e s t o a s s e s t h e e f f e c t s o f m a n ' s i n t e r f e r e n c e s w i t h t h e T a g u s E s t u a r y r e g i m e . I n o r d e r t o a c q u i r e a t h o r o u g h k n o w l e d g e o f t h e f l o w a n d s e d i m e n t c i r c u l a t i o n , t h e A d m i n i s t r a c a o G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a e n t r u s t e d a c o m p r e h e n s i v e m a t h e m a t i c a l m o d e l s t u d y t o S o c i e d a d P o r t u g e s a d e D r a g a g e n s ( S . P . D . ) o f L i s b o n , P o r t u g a l . T h e m a t h e m a t i c a l s t u d y c a n b e s p l i t up i n t o o p e r a t i o n a l m o d e l s o n w a v e p e n e t r a t i o n , f l o w c i r c u l a t i o n a n d m o r p h o l o g y . T h i s H y d r o - M o r p h o l o g i c a l S t u d y w a s c a r r i e d o u t b y H y d r o n a m i c B . V . o f S l i e d r e c h t , H o l l a n d o n b e h a l f o f S . P . D . , L i s b o n . T h i s r e p o r t p r e s e n t s t h e m o d e l l i n g r e s u l t s o f t h e e s t u a r i n e f l o w c i r c u l a t i o n i n t h e i n n e r a n d o u t e r e s t u a r y . T h e e s t u a r i n e f l o w c i r c u l a t i o n h a s b e e n s i m u l a t e d b y e m p l o y i n g H y d r o n a m i c ' s 2 - d i m e n s i o n a l u n s t e a d y f l o w m o d e l . T h i s m o d e l i s an i m p r o v e d v e r s i o n o f t h e L e e n d e r t s e f i n i t e d i f f e r e n c e m o d e l f o r s o l v i n g t h e s i m p l i f i e d s h a l l o w w a t e r e q u a t i o n s . T h e . p r e s e n t m o d e l p r o v e d t o b e v e r y s t a b l e , u n l i k e t h e L e e n d e r t s e m o d e l , a n d a l l o w s f o r t i d a l f l a t s . F o r c o m p u t a t i o n a l c o n s i d e r a t i o n s , t h e T a g u s E s t u a r y h a s b e e n s c h e m a t i z e d i n t o t w o s q u a r e g r i d s , l a i d o v e r t h e o u t e r a n d t h e i n n e r e s t u a r y . M e s h - s i z e s o f 2 0 0 m a n d 2 5 0 m h a v e b e e n c h o s e n f o r b o t h g r i d s , r e s p e c t i v e l y . F o r e f f e c t i v e u s e o f c o m p u t e r c a p a b i l i t y , t h e s i m u l a t i o n h a s b e e n e x e c u t e d o n t h e CDC 7 5 0 / C y b e r 1 7 6 m a c h i n e a t t h e C y b e r n e t C e n t r e o f R i j s w i j k , H o l l a n d . S i m u l a t i o n r u n s h a v e b e e n m a d e f o r M e a n S p r i n g T i d e a n d M e a n N e a p T i d e u n d e r n o r m a l u p s t r e a m r i v e r d i s c h a r g e c o n d i t i o n s . T h e p r o c e d u r e o f c o m p u t a t i o n s t a r t s f r o m w h e n f i e l d d a t a w e r e a v a i l a b l e . R e l i a b l e f i e l d d a t a , f o r m i n g t h e i n d i s p e n s a b l e b a s i s f o r c a l i b r a t i n g a n d v e r i f y i n g t h e n u m e r i c a l m o d e l s , h a v e b e e n a s s e m b l e d a n d a n a l y s e d f o r t h e i r r e l e v a n c e t o t h e m o d e l l i n g c o n d i t i o n s .

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T h e f i n a l r e s u l t s o f c a l i b r a t i o n a n d v e r i f i c a t i o n h a v e b e e n p r e s e n t e d g r a p h i c a l l y w h e r e p o s s i b l e . T a g u s O u t e r E s t u a r y M o d e l F o r t h e c a l i b r a t i o n . S p r i n g T i d e h a s b e e n u s e d b e c a u s e o f t h e a v a i l a b i l i t y o f m a n y f i e l d m e a s u r e m e n t s . T h e c a l i b r a t i o n p a r a m e t e r i s t h e b e d r o u g h n e s s . A v e r i f i c a -t i o n o f -t h e c a l i b r a -t e d m o d e l c o u l d n o -t b e m a d e a s -t h e r e w h e r e n o r e l e v a n t f i e l d d a t a f o r N e a p T i d e c o n d i t i o n s . B a s e d o n t h e r e s u l t s o f t h e c a l i b r a t e d m o d e l i t c a n b e s t a t e d t h a t t h e T a g u s O u t e r E s t u a r y m o d e l i s q u i t e r e l i a b l e . T a g u s I n n e r E s t u a r y M o d e l A f t e r e x a m i n i n g t h e n u m e r i c a l r e s u l t s o f Mean S p r i n g T i d e f o r s i m i l a r i t i e s w i t h t h e f i e l d d a t a , i t h a s b e e n p r o v e d t h a t a b e d b e d r o u g h n e s s o f r = 0 . 2 0 m y i e l d s v e r y r e a s o n a b l e r e s u l t s . Mean N e a p T i d e h a s b e e n e m p l o y e d f o r m o d e l v e r i f i c a t i o n . T a k e n i n t o a c c o u n t t h e t i d a l a n d f r e s h w a t e r d i f f e r e n c e s b e t w e e n f i e l d m e a s u r e m e n t s , p r e d i c t i o n s a n d c o m p u t e d m e a n c o n d i t i o n , i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e m o d e l p r o d u c e s q u i t e r e a s o n a b l e r e s u l t s . F r o m t h e a b o v e r e s u l t s i t i s t h o u g h t t h a t b o t h m o d e l s a r e a d e q u a t e f o r t h e c o m p u t a t i o n o f f u t u r e i n t e r f e r e n c e s . A l l t h e c o m p u t e d r e s u l t s , a s p r o d u c e d i n t h e c o u r s e o f t h i s s t u d y , h a v e b e e n s t o r e d o n m a g n e t i c t a p e s . S u m m a r y a n d C o n c l u d i n g R e m a r k s p a g e 2

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1 . 1 . PROJECT S E T T I N G T h e L i s b o n P o r t A u t h o r i t y , A d m i n i s t r a c a o G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a , h a s p l a n n e d t o d e v e l o p m a n a g e m e n t g u i d e s t o a s s e s s t h e e c o n o m i c w o r t h o f m a n " s i n t e r f e r e n c e w i t i i t h e r e g i m e of t h e T a g u s E s t u a r y . T h i s p l a n i s r e f e r r e d t o as t h e E n v i r o n m e n t a l I m p a c t S t u d y o f t h e T a g u s E s t u a r y . One o f t h e m a i n t a s k s w i t h i n t h e s c o p e o f t h i s p l a n , i s t o i n v e s -t i g a -t e -t h e f l o w p a -t -t e r n s a n d s e d i m e n -t c i r c u l a -t i o n s o f -t h e e s t u a r i n e w a t e r s , u s i n g b o t h m a t h e m a t i c a l a n d p h y s i c a l m o d e l s . T h e T a g u s E s t u a r y i s t h e t r a n s i t i o n z o n e f r o m u n i -d i r e c t i o n a l , t i m e v a r y i n g f r e s h w a t e r f l o w s o f t h e T a g u s R i v e r t o t h e t i d a l , s a l i n e A t l a n t i c O c e a n . V / a t e r m o v e m e n t s t h r o u g h o u t t h e e s t u a r y a r e a f f e c t e d b y a n y c h a n g e i n e i t h e r f r e s h - w a t e r i n f l u x o r t h e o c e a n t i d e ; t h e s e m o v e m e n t s a r e f u r t h e r g o v e r n e d b y t h e c o n f i g u r a t i o n o f t h e e s t u a r y a n d b y w i n d s . W i n d s c o n t r i b u t e t o v e r t i c a l m i x i n g o f f r e s h a n d s a l i n e w a t e r b y g e n e r a t i n g w a v e s t h a t a l s o s t i r - u p i n t o s u s p e n s i o n t h e s e d i m e n t d e p o s i t e d i n s h a l l o w a r e a s . I n v i e w o f t h e f a v o u r a b l e g e o g r a p h i c a l l o c a t i o n w i t h r e s p e c t t o W e s t e r n E u r o p e , a s r e g a r d s p r o m i s i n g d e e p - w a t e r s h i p h a n d l i n g p r o s p e c t s , t h e T a g u s E s t u a r y m a y b e c o m e a n i m p o r t a n t l i n k i n P o r t u g a l ° s e c o n o m y . T h e r e s u l t s o f p h y s i c a l a n d m a t h e m a t i c a l m o d e l s w i l l b e u s e d t o p r e d i c t a n d e v a l u a t e t h e e f f e c t s o f m a n ° s i n t e r -f e r e n c e , s u c h a s : - d r e d g i n g new n a v i g a t i o n c h a n n e l s - d e e p e n i n g e x i s t i n g c h a n n e l s - r e c l a i m i n g s h a l l o w a r e a s a s b a s e s f o r i n d u s t r i a l , h a r b o u r a n d r e c r e a t i o n a l f a c i l i t i e s . - r e g u l a t i o n o f t h e u p s t r e a m f l o w r e g i m e - d i s p o s a l l o c a t i o n s f o r m a i n t e n a n c e d r e d g i n g - u r b a n a n d i n d u s t r i a l w a s t e d i s p o s a l I n o r d e r t o o b t a i n a p r o p e r a n d r e l i a b l e i n s i g h t i n t o e s -t u a r i n e w a -t e r a n d s e d i m e n -t c i r c u l a -t i o n , -t h e A d m i n i s -t r a c a o G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a f o l l o w e d t h e h y b r i d m o d e l l i n g a p -p r o a c h , v i z -p h y s i c a l a n d m a t h e m a t i c a l . T h e A d m i n i s t r a c a o G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a , h e n c e f o r t h c a l -l e d A . G . P . L . , e n t r u s t e d t h e p h y s i c a -l m o d e -l t o t h e L a b o r a t o r i o N a c i o n a l d e E n g e n h a r i a C i v i l , h e r e a f t e r c a l l e d C h a p t e r 1 : I n t r o d u c t i o n p a g e h

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L . N . E . C . T h e d i s t o r t e d s c a l e s o f t h e p h y s i c a l m o d e l e n c o m p a s s i n g t h e w h o l e e s t u a r y a m o u n t t o 1 : 5 0 0 i n p l a n a n d t o 1 : 7 0 i n v e r t l e a l . T h e m a t h e m a t i c a l h y d r o - m o r p h o l o g i c a l m o d e l s t u d y w a s g i v e n t o S o c i e d a d P o r t u g u e s e d e D r a g a g e n s ( S P D ) o f _ L i s b o n , P o r t u g a l a n d w a s c a r r i e d o u t b y H y d r o n a m i c B v , S l i e d r e c h t , H o l l a n d o n b e h a l f o f S . P . D . 1 . 2 . TERMS OF REFERENCE T h e T e r m s o f R e f e r e n c e f o r t h e m a t h e m a t i c a l m o d e l s t u d y a r e b a s e d o n t h e p r o p o s a l s m e n t i o n e d b e l o w , s u b m i t t e d t o A . G . P . L . b y H y d r o n a m i c B . V . , v i z : - T a g u s I n n e r E s t u a r y p r o p o s a l f o r a t w o - d i m e n s i o n a l m a t h e m a t i c a l m o d e l d a t e d : A u g u s t 1 1 t h , I 9 8 O s u b m i t t e d t o A . G . P . L . i n a m e e t i n g o n A u g u s t i S t h , 1 9 8 0 - P o r t E x t e n s i o n P r o j e c t C o v a d a V a p o r - B u g i o p r o p o s a l f o r m a t h e m a t i c a l m o d e l s t u d i e s ; w a v e p e n e t r a t i o n m o d e l t i d a l c u r r e n t m o d e l s e d i m e n t o l o g i c a l m o d e l d a t e d : O c t o b e r 2 0 t h , I 9 8 O s u b m i t t e d t o A . G . P . L . b y l e t t e r P M A / a w o Cu 8 0 0 . 1 4 7 - 4 7 3 o n N o v e m b e r 2 1 s t , I 9 8 O A n o t i c e t o p r o c e e d w a s g i v e n b y A . G . P . L . t o SPD o n F e b r u a r y l 8 t h , I 9 8 I . T h e f o r m a l c o n t r a c t b e t w e e n AGPL a n d SPD w a s s i g n e d i n J u n e 1 9 8 1 . T h e a i m o f t h e s t u d y i s t o h a v e an o p e r a t i o n a l m a t h e m a t i c a l m o d e l w i t h w h i c h i t i s p o s s i b l e t o p r e d i c t a n d e v a l u a t e t h e h y d r a u l i c a n d m o r p h o l o g i c a l c o n s e q u e n c e s o f v a r i o u s I n t e r -v e n t i o n s I n t h e p r e s e n t s t a t e . T h e m a t h e m a t i c a l s t u d y c a n b e s p l i t u p I n t o 3 d i f f e r e n t o p e r a t i o n a l m o d e l s , v i z : - w a v e p e n e t r a t i o n m o d e l o u t e r e s t u a r y - e s t u a r i n e c i r c u l a t i o n m o d e l s o u t e r a n d i n n e r e s t u a r y - m o r p h o l o g i c a l m o d e l o u t e r e s t u a r y

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T h i s r e p o r t p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f t h e e s t u a r i n e f l o w c i r -c u l a t i o n m o d e l s o f t h e i n n e r a n d o u t e r e s t u a r y . T h e m a t h e m a t i c a l f l o w m o d e l l i n g s t u d y h a s b e e n e x e c u t e d b y M r . G . J . A . L o m a n a n d M r . H . J . V e r h a g e n . T h e r e p o r t w a s p r e p a r e d b y M r . G . J . A . Loman u n d e r t h e s u p e r v i s i o n o f M r . A.. B u r g e r s , h e a d o f H y d r o n a m i c ' s S t u d i e s a n d C o n s u l t a n c y d e p a r t m e n t . 1 . 3 . SCOPE OF STUDY T h e e s t u a r i n e f l o w r e g i m e h a s b e e n q u a n t i t a t i v e l y e s t i m a t e d b y e m p l o y i n g a t w o - d i m e n s i o n a l ( 2 - D ) n u m e r i c a l f l o w m o d e l . H y d r o n a m i c ° s n u m e r i c a l 2 - D f l o w m o d e l f o r t i d a l w a v e p r o p a g a t i o n i s an i m p r o v e d v e r s i o n o f t h e L e e n d e r t s e p r o g r a m m e d e s c r i p t i o n , p u b l i s h e d b y t h e R a n d C o r p o r a t i o n , USA ( 1 9 6 7 ) . T h e n u m e r i c a l f l o w m o d e l , s u c h a s u s e d i n t h i s s t u d y , i s an e x t r e m e l y e f f e c t i v e d e v i c e as w e l l as e c o n o m i -c a l s i n -c e i t -c a n b e u s e d r e p e a t e d l y . T o s i m p l i f y t h e c o m p u t a t i o n , t h e T a g u s E s t u a r y h a s b e e n s c h e m a t i z e d i n t o t w o s q u a r e g r i d s , l a i d o v e r t h e o u t e r a n d t h e i n n e r e s t u a r y z o n e . T o a c q u i r e a t h o r o u g h k n o w l e d g e o f t h e e s t u a r i n e f l o w p a t t e r n t h e r e n e e d s t o b e s u f f i c i e n t r e s o l u t i o n o f f l o w c h a n -n e l s as w e l l as l a -n d - w a t e r g e o m e t r y t o d e t e r m i -n e t h e m e s h - s i z e . S e c o n d l y , t h e m e s h - s i z e a l s o d e p e n d s o n how t h e c o m p u t e d r e s u l t s a r e u s e d s u c h as s e r v i n g a s i n p u t f o r m o r p h o l o g i c a l c o m p u t a t i o n s r e g a r d i n g t h e o u t e r e s t u a r y . C o n s e q u e n t l y m e s h - s i z e s o f A x = A y = 2 0 0 m a n d 2 5 0 m h a v e b e e n c h o s e n f o r t h e s c h e m a t i z a t i o n o f t h e o u t e r a n d t h e i n -n e r e s t u a r y , r e s p e c t i v e l y . As a r e s u l t , t h e f o l l o w i n g d i m e n s i o n s o f t h e c o m p u t a t i o n a l a r e d e r i v e d ! T a g u s I n n e r E s t u a r y G r i d l e n g t h l y 3 8 , 5 0 0 m w i d t h I x 1 7 * 2 5 0 m d e c l i n a t i o n y - a x i s <\> + 3 0 d e g r e e s t o N o r t h m e s h - s i z e A x , A y 2 5 0 m n o d a l a r r a y n x m 1 5 5 x 7 0 n o d e s t o t a l n o d e s N 1 0 , 8 5 0 n o d e s T a g u s O u t e r E s t u a r y G r i d C h a p t e r 1 : I n t r o d u c t i o n p a g e 6

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l e n g t h l y w i d t h I x d e c l i n a t i o n y - a x i s i> m e s h - s i z e A x , Ay n o d a l a r r a y n x m t o t a l n o d e s N 1 9 , 8 0 0 m 1 1 , 8 0 0 m +90 200 100 X 60 6 , 0 0 0 d e g r e e s t o N o r t h m n o d e s n o d e s F i g u r e 1 . 3 . 1 . s h o w s t h e l o c a t i o n o f b o t h g r i d s . T h e p r o c e d u r e o f c o m p u t a t i o n s s t a r t s f r o m w h e n f i e l d d a t a w e r e a v a i l a b l e . B e s i d e s d e t a i l e d b a t h y m e t r i c s u r v e y s , f i e l d d a t a o n t i d a l e l e v a t i o n s a n d f l o w v e l o c i t i e s p r o v i d e t h e i n d i s p e n s a b l e b a s i s f o r c a l i b r a t i n g t h e n u m e r i c a l m o d e l r e g a r d i n g b o t h s c h e m a t i z a t i o n s . T h i s i n v o l v e s t h e a c q u i s i t i o n o f r e l i a b l e f i e l d d a t a t h e i n t e r p r e t i n g t h e i r r e l e v a n c e t o t h e m o d e l l -i n g c o n d -i t -i o n s . F i e l d d a t a up t o 1970 w e r e e x t e n s i v e l y c o m p i l e d a n d a n a l y s e d i n t h e f o l l o w i n g t w o r e p o r t s : i ) T a g u s E s t u a r y , r e p o r t o n t h e a n a l y s e s o f t h e w a t e r m o t i o n i n t h e T a g u s E s t u a r y b y m e a n s o f a v a i l a b l e d a t a a n d t h e p r e p a r a t i o n o f a p r o g r a m f o r s u p p l e m e n t a r y f i e l d m e a s u r e m e n t s . R e p o r t N o . : P010, A u g u s t 1969 p r e p a r e d f o r : A . G . P . L . b y : H y d r o n a m i c B . V . , S l i e d r e c h t , H o l l a n d p r e s e n t e d b y : S . P . D . L d a , L i s b o n i i ) A p p r o a c h C h a n n e l T a g u s O u t e r E s t u a r y , r e p o r t o n a p r e l i m i n a r y d e s i g n o f an a p p r o a c h c h a n n e l . R e p o r t N o . : P 0 2 0 , O c t o b e r 1971 p r e p a r e d f o r : A . G . P . L . b y : H y d r o n a m i c B . V . , S l i e d r e c h t , H o i 1 a n d T h e a b o v e m e n t i o n e d f i e l d d a t a w e r e m a i n l y o b t a i n e d f r o m t h e f o l l o w i n g i n s t i t u t e s : - A d m i n i s t r a c a o - G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a ( A . G . P . L . ) - I n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o ( l . H . ) - L a b o r a t o r i o N a c i o n a l d e E n g e n h a r i a C i v i l ( L . N . E . C . ) S i n c e 1 9 7 0 , m o r e f i e l d d a t a h a s b e c o m e a v a i l a b l e o n b a t h y m e t r i c s u r v e y s , l o c a l w a t e r e l e v a t i o n s a n d f l o w v e l o c i t i e s . T h e s e h a s b e e n a s s e m b l e d , a n a l y s e d a n d p r e s e n t e d g r a p h i c a l l y w h e r e p o s s i b l e i n t h e p r e s e n t s t u d y .

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S i m u l a t i o n r u n s h a v e b e e n m a d e f o r M e a n S p r i n g T i d e a n d M e a n N e a p T i d e u n d e r n o r m a l u p s t r e a m r i v e r d i s c h a r g e c o n d i t i o n s . I . A . REPORT FORMAT T h e r e p o r t o n t h e e s t u a r i n e f l o w c i r c u l a t i o n m o d e l , p a r t I I o f t h e h y d r o - m o r p h o l o g i c a l s t u d y c o n c e r n i n g t h e T a g u s E s t u a r y c o n s i s t s o f k v o l u m e s , v i z . : V o l u m e 2 . 1 : T e x t V o l u m e 2 . 2 s F i g u r e s V o l u m e 2 . 3 : F i e l d m e a s u r e m e n t s V o l u m e 2 . 4 s F l o w c h a r t s T h e T e x t v o l u m e d e a l s w i t h t h e f o l l o w i n g c h a p t e r s , a c c o m -p a n i e d b y a b r i e f o v e r v i e w s c h a p t e r I s I n t r o d u c t i o n An o u t l i n e i s g i v e n o f t h e p r o j e c t s e t t i n g , t h e T e r m s o f R e f e r e n c e f o r t h e T a g u s E s t u a r y s t u d y a n d t h e s c o p e o f t h i s r e p o r t . c h a p t e r 2s T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e A d e s c r i p t i o n i s g i v e n o f t h e p r o t o t y p e c o n d i -t i o n s ; a v a i l a b l e f i e l d d a -t a h a v e b e e n a s s e m b l e d a n d a n a l y s e d f o r t h e i r a p p l i c a b i l i t y t o t h e n u m e r i c a l f l o w m o d e l s . c h a p t e r 3s N u m e r i c a l S i m u l a t i o n o f E s t u a r i n e F l o w H y d r o n a m i c ' s 2 - d i m e n s i o n a l u n s t e a d y f l o w m o d e l h a s b e e n d e s c r i b e d , i n c l u d i n g t h e s u b j e c t s o f m o d e l a d j u s t m e n t a n d v e r i f i c a t i o n . c h a p t e r 4s T a g u s O u t e r E s t u a r y M o d e l T h i s c h a p t e r d e a l s w i t h t h e f i n a l r e s u l t s o f t h e t i d a l f l o w m o d e l o f t h e o u t e r e s t u a r y , i n c l u d i n g t h e c a l i b r a t i o n ; N e a p T i d e a n d S p r i n g T i d e h a v e b e e n s i m u l a t e d . c h a p t e r 5 ; T a g u s I n n e r E s t u a r y M o d e l T h i s c h a p t e r d e a l s w i t h t h e f i n a l r e s u l t s o f t h e t i d a l f l o w m o d e l o f t h e i n n e r e s t u a r y , i n c l u d i n g t h e c a l i b r a t i o n a n d v e r i f i c a t i o n ; M e a n N e a p T i d e a n d Mean S p r i n g T i d e h a v e b e e n s i m u l a t e d . C h a p t e r I s I n t r o d u c t i o n p a g e 8

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P r e f a t o r y t o t h e r e p o r t , t h e s c o p e o f t h i s r e p o r t l i a s b e e n s u m m a r i z e d a n d c o n c l u d i n g r e m a r k s h a v e b e e n g i v e n i n ' S u m m a r y a n d C o n c l u d i n g R e m a r k s ' . Vihen r e f e r r i n g t o T a b l e s , t h e s e c a n b e f o u n d a f t e r e a c h s e c t i o n ; t h e f i r s t 2 t a b l e n u m b e r s c o r r e s p o n d t o t h e s e c -t i o n i n w h i c h -t h e y a r e d e a l -t w i -t h . T h e s a m e p r o c e d u r e h a s b e e n a p p l i e d t o t h e n u m b e r i n g o f f i g u r e s .

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2 . TAGUS ESTUARY FLOW REGIME

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2 . 1 . D E S C R I P T I O N OF PROTOTYPE 2 . 1 . 1 . G e n e r a l T h e m a r i t i m e s e c t i o n o f t h e T a g u s E s t u a r y i s l o c a t e d b e -t w e e n -t h e r i v e r m o u -t h i n -t h e A -t l a n -t i c O c e a n a n d V i l a F r a n c a d e X i r a , a p p r o x . 50 km u p s t r e a m . I n t h i s a r e a t h e s a l i n e t i d a l f l o w d o m i n a t e s t h e u p s t r e a m f r e s h w a t e r i n f l u x . T h e e s t u a r y h a s a f r e s h w a t e r i n f l u x f r o m t h e T a g u s R i v e r , t h e S o r r a i a R i v e r a n d t o a l e s s e r e x t e n t f r o m t h e C o i n a R i v e r , t h e J u d e u R i v e r a n d s e v e r a l s m a l l c r e e k s . T h e T a g u s R i v e r , t h e m a i n c o n t r i b u t o r o f f r e s h w a t e r , o r i g i n a t e s i n S p a i n a n d e n t e r s P o r t u g a l n e a r V i l a V e l h a d e R o d a o . T h e c a t c h m e n t a r e a u p s t r e a m f r o m V i l a V e l h a d e R o d a o a m o u n t s t o a p p r o x . 5 6 , 5 0 0 s q k m ; t h e c a t c h m e n t a r e a u p s t e a m f r o m V i l a F r a n c a d e X i r a , i n c l u d i n g t h a t o f t h e S o r r a i a R i v e r i s a p p r o x . 8 2 , 0 0 0 s q k m . T h e t i d e p r i s m o f t h e T a g u s E s t u a r y a m o u n t s t o a p p r o x . 7 - 5 - 10 cum f o r an a v e r a g e t i d a l a m p l i t u d e o f 1 . 3 m . T h i s m a r i t i m e e s t u a r y c o m p r i s e s t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s : i ) t h e r i v e r m o u t h a n d t h e o u t e r z o n e i i ) t h e r i v e r e n t r a n c e i i i ) t h e i n n e r e s t u a r y F i g u r e 2 . 1 . 1 . i s a s k e t c h m a p o f t h e i n n e r a n d o u t e r T a g u s E s t u a r y . 2 . 1 . 2 . T h e r i v e r m o u t h a n d t h e o u t e r z o n e T h e l a r g e b a y b e t w e e n C a b o R a s o a n d C a b o E s p i c h e l i s w h e r e t h e T a g u s R i v e r f l o w s i n t o t h e A t l a n t i c O c e a n . T h e m a i n r i v e r m o u t h i s u s u a l l y d e f i n e d b y t h e t o w e r s T o r r e d o B u g i o a n d T o r r e d e S . J u l i a o , s i t u a t e d o n a s m a l l i s l a n d a n d o n t h e n o r t h e r n b a n k , r e s p e c t i v e l y . T h e r i v e r m o u t h c o n s i s t s o f t w o m a i n f l o w c h a n n e l s , v i z . : - B a r r a S u l T h i s l a r g e c h a n n e l l i e s i n b e t w e e n t h e s h o a l s o f C a c h o p o d o N o r t e , t o t h e n o r t h - w e s t s i d e , a n d C a c h o p o d o S u l , t o t h e s o u t h - e a s t .

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A m i n i m u m w a t e r d e p t h o f a p p r o x . I 5 . O O m was e s t a b l i s h e d b y m e a n s o f c a p i t a l d r e d g i n g , c a r r i e d o u t i n 1 9 6 7 a n d 1 9 7 2 . S u b s e q u e n t h y d r o g r a p h i c s u r v e y s i n d i c a t e t h a t t h i s d e p t h s e e m s t o h a v e r e m a i n e d s t a b l e . T h e n a v i g a t i o n l a n e a l o n g t h i s c h a n n e l c o i n c i d e s w i t h t h e Mama Sul l i g h t l i n e o f G i b a l t a a n d E s t e i r a , h a v i n g a d i r e c t i o n o f -k7°00 ' 0 0 " . - B a r r a N o r t e T h i s c h a n n e l i s l o c a t e d b e t w e e n t h e s h o a l B i c o d e P a t o a n d t h e b e a c h e s o f C a r c a v e l o s a n d E s t o r i l . T h e n a v i g a t i o n l i g h t l i n e i s e s t a b l i s h e d b y t h e l i g h t t o w e r s o f S a n t a M a r t a a n d Q u i a , s i t u a t e d i n t h e v i c i n i t y o f C a s c a i s . S h i p d r a u g h t l i m i t r a n g e s b e t w e e n a p p r o x . 7 m a n d 10 m. d e p e n d i n g o n t h e t i d a l s t a g e . O t h e r s m a l l e r f l o w c h a n n e l s a r e G o l a d a a n d t h e c h a n n e l n e a r b y C o v a d a V a p o r . T h e u n s t a b l e s h a l l o w c h a n n e l , G o l a d a , i n t e r s e c t s t h e s h o a l C a c h o p o d o S u l , j u s t n o r t h o f T o r r e d o B u g i o . T h e c h a n n e l n e a r b y C o v a d a V a p o r s h o r t c u t s t h e f l o w a t t h e s h o a l C a c h o p o d o S u l . i n t h e w e s t e r n p a r t o f t h e b a y , a l a r g e s u b m a r i n e d e l t a h a s b e e n g r a d u a l l y d e v e l o p e d , b u i l t u p o f f i n e t o c o a r s e s a n d . I n t h e s o u t h e r n p a r t a d e e p s u b m a r i n e v a l l e y o f a p p r o x . 2 , 0 0 0 m i n d e p t h b o r d e r s t h e b a y . T h e T a g u s R i v e r o u t l e t a n d t h e o u t e r z o n e w i l l b e h e n c e -f o r t h c a l l e d ' T a g u s O u t e r E s t u a r y ' . 2 . 1 . 3 . T h e r i v e r e n t r a n c e T h e n a r r o w , d e e p e n t r a n c e o f t h e T a g u s R i v e r e x t e n d s f r o m t h e l i n e T o r r e d e B e l e m - T r a f a r i a u p t o t h e l i n e L i s b o a - C a c i l h a s . T h i s t a i l - s h a p e d e n t r a n c e h a s a w i d t h o f a p p r o x . 2 km a n d a m a x i m u m d e p t h o f a p p r o x . kS m b e l o w t h e d a t u m l e v e l . T h i s z o n e i s u s u a l l y c a l l e d ' C o r r e d o r d o T e j o ' a n d w i l l h e r e a f t e r b e r e f e r r e d t o a s ' T a g u s C o r r i d o r ' . 2 . 1 . 4 . T h e i n n e r e s t u a r y C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e 12

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T h e i n n e r e s t u a r y i s a r o u g h l y p e a r - s h a p e d r e s e r v o i r a p p r o x . 3 0 km l o n g a n d v a r y i n g i n w i d t h f r o m a p p r o x . 15 km a t t h e n o r t h e r n u p s t r e a m s e c t i o n t o 2 km a t t h e d o w n s t r e a m e n t r a n c e o f t h e T a g u s C o r r i d o r , j u s t s o u t h o f L i s b o a . T h e s e m i - e n c l o s e d e s t u a r y c o v e r s an a r e a o f a p p r o x . 3 5 0 s q ^ k m . T h e d e e p s e c t i o n o f t h e e s t u a r y n e a r L i s b o n i s c a l l e d ' M a r d a P a l h a ' . T h e m a x i m u m w a t e r d e p t h i n t h i s s e c t i o n i s a p -p r o x . ho m b e l o w t h e d a t u m l e v e l . ^ T h e e s t u a r y , h e n c e f o r t h c a l l e d ' T a g u s I n n e r E s t u a r y , c o n -t a i n s s e v e r a l s u b - b a s i n s o r b r e a k s , l i k e -t h e b r e a k s o f J u d e u , C o i n a , L a n c a d a a n d M o i t a . T h e i n n e r e s t u a r y c o n s i s t s o f a c o m p l e x s y s t e m o f n a t u r a l f l o w c h a n n e l s as w e l l as m a n m a d e n a v i g a t i o n c h a n n e l s , i n -t e r s e c -t i n g s e v e r a l s h o a l y a r e a s a n d s a n d y i s l a n d s . T h e n o r t h e r n a n d e a s t e r n p o r t i o n s o f t h e i n n e r e s t u a r y a r e r e l a t i v e l y s h a l l o w , f a l l i n g p a r t l y d r y d u r i n g l o w w a t e r c o n d i t i o n s . T h e f o l l o w i n g i s l a n d s a r e s i t u a t e d i n t h i s a r e a ; M o u c h a o d o P o v o a M o u c h a o d o L o m b o d o T e j o M o u c h a o d e A l h a n d r a M o u c h a o d a G a r c a s T h e m a i n n a t u r a l f l o w c h a n n e l s a r e t h e f o l l o w i n g ; C a l a d e S a m o r a C a l a d a s B a r c a s C a l a d a A c o r C a l a d o N o r t e C a l a d o M o n t i j o C a l a d e A l c h o c e t e C a l a d a D e s e m b o g a C a l a d a A r r a b i d a T h e m a n - m a d e n a v i g a t i o n c h a n n e l s h a v e b e e n l i s t e d b e l o w . C a n a l d o A l f e i t e C a n a l d o B a r r e l r o C a n a l d e C a b o R u i v o C a n a l d a CUF C a n a l d o Q u i m i g a l " * ) R e m a r k : S i n c e t h e d a t e o f f i e l d m e a s u r e m e n t s d e t e r m i n e s t h e c o n d i t i o n s f o r c a l i b r a t i o n o f t h e n u m e r i c a l m o d e l , t h e C a n a l d o Q u i m i g a l a s w e l l as t h e Q u i m i g a l T e r m i n a l , w h i c h w e r e c o n s t r u c t e d a f t e r -w a r d s , h a v e b e e n e x c l u d e d f r o m t h e n u m e r i c a l f l o w s i m u l a t i o n .

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2 . 2 . A C Q U I S I T I O N AND I N T E R P R E T A T I O N OF F I E L D DATA 2 . 2 . 1 . G e n e r a l T h e f i e l d d a t a , r e l e v a n t t o t h i s s t u d y , h a v e b e e n o u t l i n e d i n t h e f o l l o w i n g p a r a g r a p h s a n d a r e l i s t e d b e l o w : - r e f e r e n c e l e v e l a n d g r i d - b a t h y m e t r y " t i d a l e l e v a t i o n s a n d t i d a l r a n g e - t i d a l f l o w v e l o c i t i e s - f r e s h w a t e r d i s c h a r g e - s a l i n i t y d i s t r i b u t i o n s •- b e d r o u g h n e s s T h e s e d a t a w e r e m a i n l y o b t a i n e d f r o m t h e f o l l o w i n g i n -s t i t u t e -s o r f i r m -s : - A d m i n i s t r a c a o - G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a ( A . G . P . L . ) - I n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o ( l . H . ) - H i d r o t e c n i c a P o r t u g e s a ( . H . P . ) - S o c i e d a d e P o r t u g e s a d e D r a g a g e n s L d a ( S . P . D . ) 2 . 2 . 2 . G r i d a n d D a t u m I n t h i s s t u d y t h e g r i d f r o m t h e I n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o h a s b e e n u s e d . T h e p o s i t i o n i s e x p r e s s e d i n m e t r e s E a s t i n g a n d N o r t h i n g o r i n m e t r e s M e r i d i a n a n d P e r p e n d i c u l a r , r e s p e c -t i v e l y . T h e o r i g i n o f -t h i s s y s -t e m i s l o c a -t e d o f f s h o r e , s o u t h - w e s t o f P o r t u g a l . T h e r e f e r e n c e l e v e l e s t a b l i s h e d b y I n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o a m o u n t s t o 2 . 0 8 m b e l o w t h e Mean Sea L e v e l ( M S L ) a t C a s c a i s . T h i s l e v e l i s i n t h i s s t u d y r e f e r r e d t o a s C h a r t D a t u m ( C D ) . 2 . 2 . 3 . B a t h y m e t r y S o u n d i n g c h a r t s o f t h e w h o l e T a g u s E s t u a r y a r e a v a i l a b l e a t t h e A . G . P . L . a n d a t t h e l . H . C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e l 4

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D u r i n g 1 9 6 4 1 9 6 7 a c o m p r e h e n s i v e s u r v e y p r o g r a m m e w a s c a r -r i e d o u t b y t h e l . H . c o m m i s i o n e d b y t h e A . G . P . L . T h i s r e s u l t e d i n hi s o u n d i n g c h a r t s o n a s c a l e o f 1 : 5 , 0 0 0 , e m b r a c i n g t h e T a g u s I n n e r E s t u a r y , t h e T a g u s C o r r i d o r a n d t h e T a g u s O u t e r E s t u a r y . F i g u r e 2 . 2 . 1 . s h o w s t h e g e n e r a l a r a n q e m e n t o f t h e a b o v e m e n t i o n e d c h a r t s , i n c l u d i n g t h e i r c h a r t n u m b e r s . T h e w h o l e T a g u s E s t u a r y i s a l s o c o v e r e d b y an A . G . P . L . s o u n d i n g c h a r t , u p d a t e d t o 1 9 7 ' » . o n a s c a l e o f 1 : 5 0 , 0 0 0 , c a l l e d ' B a r r a s e E s t u a r i o d o T e j o ' . 2 . 2 . 4 . T i d a l e l e v a t i o n s a n d t i d a l r a n g e T h e r e i s a s c a r c i t y o f s i m u l t a n e o u s m e a s u r e m e n t s o f w a t e r l e v e l s a t v a r i o u s l o c a t i o n s i n t h e T a g u s E s t u a r y , w h i c h s h o u l d f o r m t h e i n d i s p e n s a b l e b a s i s f o r t h e m o d e l b o u n d a r y c o n d i t i o n s a s w e l l as f o r t h e c a l i b r a t i o n . I n t h i s s t u d y t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e o f t h e n u m e r i c a l m o d e l s h a s b e e n b a s e d o n t h e a v a i l a b l e r e s u l t s o f 2 m e a s u r e m e n t - c a m p a i g n s ? t h e s e c o n c e r n r e c o r d i n g s o f t i d a l e l e v a t i o n s a t r e f e r e n c e s t a t i o n s a n d f l o w v e l o c i t i e s a t v a r i o u s l o c a t i o n s i n t h e T a g u s E s t u a r y . F i g u r e 2 . 2 . 2 . s h o w s t h e k e y p l a n o f t h e s t a t i o n n u m b e r s . D u r i n g M a r c h 1 9 7 3 w a t e r l e v e l s w e r e s i m u l t a n e o u s l y r e c o r d e d f o r t h e A . G . P . L . a t t h e f o l l o w i n g s t a t i o n s : s t a t i o n n o . L l L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 9 s t a t i o n n a m e T e r r e i r o d o P a c o C a c i 1 h a s P a c o d e A r c o s P o v o a d e S t a . I r i a S e i x a l M o n t i j o B a s e V i l a F r a n c a d e X i r a C a b o R u i v o r e c o r d i n g p e r i o d 1 3 . 0 3 - 2 7 . 0 3 1 3 . 0 3 - 2 7 . 0 3 1 3 . 0 3 - 2 7 . 0 3 1 6 . 0 3 - 2 3 . 0 3 2 0 . 0 3 - 2 3 . 0 3 2 0 . 0 3 - 2 3 . 0 3 1 6 . 0 3 - 2 3 . 0 3 1 6 . 0 2 - 2 3 . 0 3 T h e s e m e a s u r e m e n t s a r e p r e s e n t e d g r a p h i c a l l y i n ' F i e M e a s u r e m e n t s ' ; V o l u m e 3 o f t h i s r e p o r t . T h e r e c o r d i n g s w e r e s t a t i s t i c a l l y a n a l y s e d f o r : - mean w a t e r l e v e l ( M W L )

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- d u r a t i o n o f m e a n r i s e ( D M R ) - d u r a t i o n o f m e a n f a l l ( D M F ) - p h a s e d i f f e r e n c e a t H i g h W a t e r ( A t HW) f o r a r e f e r e n c e s t a t i o n T h e s e r e s u l t s h a v e b e e n c o m p i l e d i n T a b l e 2 . 2 . 1 . T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e D M R - v a l u e i s l a r g e r t h a n t h e D M F - v a l u e , e x c e p t f o r V i l a F r a n c a d e X i r a . T h e D M R - v a l u e h a s i t l a r g e s t v a l u e a t t h e u p s t r e a m s i d e o f t h e T a g u s C o r r i d o r n e a r L i s b o n ; t h i s g r a d u a l l y b e c o m e s s m a l l e r i n t h e u p s t r e a m a n d d o w n s t r e a m d i r e c t i o n s . T h e t i d a l e l e v a t i o n s , r e c o r d e d o n M a r c h 1 3 t h a n d 2 5 t h , 1 9 7 3 , a r e n e a r l y e q u a l t o t h e M e a n N e a p T i d e c o n d i t i o n s ; t h e r e c o r d i n g s o f M a r c h l 8 t h a n d 1 9 t h , 1 9 7 3 f o r t h e Mean S p r i n g T i d e c o n d i t i o n s . I n t h e s o u t h e r n s e c t i o n o f t h e T a g u s I n n e r E s t u a r y c u r r e n t m e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t f o r S i d e r u r g i a N a c i o n a l EP o n A p r i l 6 t h , 1 3 t h , I 4 t h a n d J u l y 2 n d , I 9 8 I . D u r i n g t h e s e o b -s e r v a t i o n -s a t S p r i n g a n d N e a p T i d e t h e t i d a l e l e v a t i o n -s a t t h e s t a t i o n s L l a n d L 5 w e r e s i m u l t a n o u s l y r e c o r d e d . T h e a b o v e m e n t i o n e d r e c o r d i n g s o f t i d a l e l e v a t i o n s h a v e b e e n u s e d i n t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e o f t h e n u m e r i c a l f l o w m o d e l s . S i m u l a t i o n o f Mean S p r i n g T i d e a n d Mean N e a p T i d e r e q u i r e s i n f o r m a t i o n o n t h e e l e v a t i o n s a t t h e o p e n b o u n d a r i e s o f t h e n u m e r i c a l m o d e l s . T h e e s t u a r i n e f l o w p a t t e r n w i t h i n t h e s c h e m a t i z e d T a g u s I n n e r E s t u a r y d e p e n d s o n t h e t i d a l e l e v a t i o n c u r v e s , g i v e n a t t h e u p s t r e a m b o u n d a r y n e a r V i l a F r a n c a d e X i r a a n d a t t h e d o w n s t r e a m b o u n d a r y i n t h e T a g u s C o r r i d o r b e t w e e n L i s b o n a n d P e d r o u c o s . T h e t i d a l e l e v a t i o n s a t t h e o c e a n b o u n d a r y o f t h e T a g u s O u t e r E s t u a r y s c h e m e h a v e b e e n d e r i v e d n u m e r i c a l l y f r o m a l a r g e s c a l e ( 7 5 0 m m e s h - s i z e ) 2 - D f l o w m o d e l o f t h e A t l a n t i c C o a s t r e g i o n e n c o m p a s s i n g t h i s T a g u s O u t e r E s t u a r y s c h e m e . T i d a l e l e v a t i o n c u r v e s f o r t h e s e b o u n d a r i e s h a v e b e e n d e r i v e d f r o m t h e t i d a l d a t a g i v e n f o r L i s b o n , C a s c a i s , S e s i m b r a a n d P e n i c h e . T h e r e q u i r e d b o u n d a r y e l e v a t i o n s h a v e b e e n t a k e n f r o m t h e m o s t p l a u s i b l e t i d a l r a n g e d a t a a s l i s t e d i n T a b l e 2 . 2 . 2 . T h e t i d a l r a n g e d a t a , e x t r a c t e d f r o m v a r i o u s s o u r c e s , v a r y i n t h e i r g i v e n v a l u e s . A l m o s t e v e r y s o u r c e c o n s u l t e d p r e s e n t s t i d a l d a t a o n mean w a t e r l e v e l , t i d a l a m p i i t u d e a n d p h a s e l a g s w h i c h d i f f e r f r o m o t h e r s o u r c e s . T h i s p l u r i f o r m i t y o f d a t a may l e a d t o m i s u n d e r s t a n d i n g s . C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e 16

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C o n s e q u e n t l y , a l i s t o f t h e m o s t l i k e l y t i d a l r a n g e d a t a h a s b e e n s e t up f o r t h i s s t u d y . T h e s o u r c e s h a v e b e e n 1 i s t e d b e l o w : ( i ) I T a b e l a d e M a r e s ' , I 9 8 I 6 1 9 8 2 , V o l u m e I , P o r t u g a l , i n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o ( i i ) ' G u i a I 9 8 I ' , A d m i n i s t r a c a o - G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a ( i i i ) ' C a r t a t o p o - h i d r o g r a f i c a d a s B a r r a s e E s t u a r i o d o T e j o ' , E s c a l a r 1 / 5 0 , 0 0 0 , 1 9 7 ^ , A d m i n i s t r a c a o - G e r a l d o P o r t o d e L i s b o a ( i v ) ' C a r t a h i d r o g r a f i c a d a F o z a V i l a F r a n c a d e X i r a ' , E s c a l a 1 / 6 0 , 0 0 0 , 1 9 6 4 - 1 9 7 ' » . I n s t i t u t o H i d r o g r a f i c o As r e g a r d s t h e T a g u s O u t e r E s t u a r y f l o w s i m u l a t i o n , t h e m e a n t i d a l r a n g e d a t a h a v e n o t b e e n e m p l o y e d d u e t o i n s u f -f i c i e n t d e t a i l e d t i d a l p h a s e i n -f o r m a t i o n . T h e r e -f o r e , t w o s p e c i f i c d a y s h a v e b e e n c h o s e n r e p r e s e n t i n g t h e b o u n d a r y e l e v a t i o n c u r v e s f o r S p r i n g T i d e a n d N e a p T i d e . T h e t w o d a y s h a v e b e e n a r b i t r a r i l y c h o s e n f r o m t h e T a b e l a d e M a r e s , 1 9 8 2 , a s p r e d i c t e d f o r J a n u a r y 1 1 t h a n d 1 9 t h , r e s p e c t i v e l y . 2 . 2 . 5 . E s t u a r i n e f l o w v e l o c i t i e s As m e n t i o n e d e a r l i e r t h e c o m p r e h e n s i v e m e a s u r e m e n t c a m p a i g n o f 1 9 7 2 1 9 7 3 a l s o p r o v i d e s f i e l d d a t a a b o u t t h e f l o w i n t e n -s i t i e -s a n d f l o w d i r e c t i o n a-s f u n c t i o n o f t h e d e p t h . F i g u r e 2 . 2 . 2 . s h o w s t h e k e y p l a n o f t h e s t a t i o n n u m b e r s t h r o u g h o u t t h e T a g u s E s t u a r y . S i n c e i n t h i s s t u d y t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n c o n s i d e r s o n l y t h e d e p t h a v e r a g e d f l o w c i r c u l a -t i o n -t h e m e a s u r e d d a -t a w e r e a v e r a g e d o v e r -t h e d e p -t h . T h e s e f i e l d d a t a f r o m t h e v a r i o u s s t a t i o n s , t o b e e m p l o y e d f o r c a l i b r a t i o n , h a v e b e e n c o m p i l e d i n T a b l e 2 . 2 . 3 . T i d a l e l e v a t i o n s f r o m m e a s u r e m e n t d u r i n g t h i s c a m p a i g n w e r e n o t a v a i l a b l e . T h e r e f o r e , t h e p r e d i c t e d t i d a l d a t a f o r t h e r e f e r e n c e s t a t i o n L l , T e r r e i r o d o P a c o , p r e s e n t e d i n t h i s T a b l e , w e r e t a k e n f r o m t h e A d m i r a l t y T i d e T a b l e s 1 9 7 2 a n d 1 9 7 3 f o r t h e D o c a d a M a r i n h a ( P o r t o d e L i s b o a ) , a n d may d i f f e r f r o m t h e a c t u a l t i d a l c o n d i t i o n s .

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T l i e c u r r e n t m e a s u r e m e n t s o f I 9 8 I , c a r r i e d o u t b y l . H . f o r S i d e r u r g i a N a c i o n a l E P , p r o v i d e m o r e d e t a i l e d i n f o r m a t i o n a b o u t t h e f l o w p a t t e r n i n a n d a r o u n d t h e c h a n n e l s i n t h e s o u t h e r n p a r t o f t h e i n n e r e s t u a r y . F i g u r e 2 . 2 . 2 . s h o w s t h e s t a t i o n n u m b e r s , r u n n i n g f r o m s t a -t i o n 2 2 3 -t o s -t a -t i o n 2 2 8 i n c l u s i v e . T h e d a t e o f m e a s u r e m e n t , t h e s t a t i o n n u m b e r s a n d t h e m e a s u r e d t i d a l d a t a f o r t h e r e f e r e n c e s t a t i o n h a v e b e e n l i s t e d i n T a b l e 2 . 2 . 3 . a a n d 2 . 2 . 3 . b . T h e f l o w i n t e n s i t y a n d d i r e c t i o n w e r e m e a s u r e d 2 m b e l o w t h e w a t e r s u r f a c e a n d 1 m a b o v e t h e b o t t o m . A l l t h e m e a s u r e d d a t a o f b o t h c a m p a i g n s h a v e b e e n p r e s e n t e d a s f l o w d i a g r a m s i n V o l u m e 2 . 3 o f t h i s r e p o r t . 2 . 2 . 6 . F r e s h w a t e r d i s c h a r g e M o s t o f t h e f r e s h w a t e r e n t e r s t h e T a g u s I n n e r E s t u a r y v i a V i l a F r a n c a d e X i r a . A l t h o u g h t h e o u t l e t o f t h e S o r r a i a R i v e r i n t o t h e i n n e r e s t u a r y i s l o c a t e d n e a r P o n t a d a E r v a , t h e d i s c h a r g e o f t h i s c a t c h m e n t a r e a f l o w s m a i n l y i n t o t h e T a g u s R i v e r v i a a t r i b u t a r y u p s t r e a m f r o m V i l a F r a n c a d e X i r a . C o n s e q u e n t l y , o n l y o n e f r e s h w a t e r b o u n d a r y h a s b e e n e m p l o y e d i n t h e n u m e r i c a l m o d e l o f t h e i n n e r e s t u a r y . I n t h e p a s t d e c a d e s d i s c h a r g e m e a s u r e m e n t s w e r e c a r r i e d o u t j u s t d o w n s t r e a m f r o m V i l a V e l h a d e R o d a o . T h e d i s c h a r g e s , m e a s u r e d f o r t n i g h t l y d u r i n g 1 9 5 4 - 1 9 6 8 , h a v e t h e f o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s : p e r c e n t a g e f o r t n i g h t l y d i s c h a r g e o f a t e x c e e d a n c e V i l a V e l h a d e R o d a o (% o f t i m e ) ( c u m / s ) 9 0 4 0 5 0 1 6 0 10 7 5 0 1 2 0 0 0 A d i s c h a r g e a t V i l a F r a n c a d e X i r a c a n b e d e r i v e d b y f r o m t h e a v a i l a b l e d a t a o n r a i n f a l l , r u n o f f r a t i o ' s a n d t h e i n -c r e a s e o f t h e -c a t -c h m e n t a r e a . C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e I 8

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T a k i n g i n t o a c c o u n t t h e e s t i m a t e d r e s u l t s o u t l i n e d i n t h e r e p o r t , " E s g o t o s d e L i s b o a ° , 1 9 4 1 , an i n c r e a s e r a t i o o f 1 . 5 - 1 . 6 f o r t h e a b o v e m e n t i o n e d d i s c h a r g e s e e m s r e a s o n a b l e . N e v e r t h e l e s s , i n t h e r e p o r t o f F e r r e i r a L e m o s o f A . G . P . L . , e n t i t l e d " E s t u a r i o d o T e j o ° , a n a v e r a g e m e a s u r e d d i s c h a r g e o f a b o u t 3 5 0 c u m / s w a s m e n t i o n e d a t S a n t a r e m , b a s e d o v e r a p e r i o d o f 59 y e a r s . T h e i n f e r e n c e f r o m t h i s f i g u r e w h e n c o m p a r e d w i t h t h e a v a i l a b l e d a t a f o r V e l h a d e R o d a o , i s t h a t t h e l o n g - t e r m d i s c h a r g e r a t i o f o r V i l a F r a n c a d e X i r a w i l l b e l a r g e r t h a n 1 . 5 - 1 . 6 , v i z . a p p r o x . 2 . 4 , i n c l u s i v e t h e S o r r a i a R i v e r d i s c h a r g e . T h i s m a y p r o d u c e t h e f o l l o w i n g r o u g h d i s c h a r g e c h a r a c t e r i s -t i c s f o r V i l a F r a n c a d e X i r a s p e r c e n t a g e p r e d i c t e d d i s c h a r g e o f a t e x c e e d a n c e V i l a F r a n c a d e X i r a {% o f t i m e ) ( c u m / s ) 9 0 9 5 . 5 0 3 8 5 10 1 8 0 0 1 4 8 0 0 A m i n i m u m d i s c h a r g e o f a p p r o x 2 0 c u m / s i s m a i n t a i n e d b y m e a n s o f t h e C a s t e l o d e B o d e r e s e r v o i r . F r o m a v a i l a b l e d i s c h a r g e m e a s u r e m e n t s o f 1 9 7 2 1 9 7 3 t h e f o l -l o w i n g p e r i o d - a v e r a g e d d i s c h a r g e s c a n b e d e r i v e d f o r V i -l a F r a n c a d e X i r a : p e r i o d d a i l y d i s c h a r g e M a r c h 2 3 t h - 2 9 t h , 1 9 7 2 1 2 7 0 c u m / s M a r c h 1 5 t h - 2 0 t h , 1 9 7 3 29O c u m / s D a i l y d i s c h a r g e s , m e a s u r e d a t S a n t a r e m f r o m O c t o b e r 1 9 8 O t i l l O c t o b e r I 9 8 I , a s s u b m i t t e d b y H . P . , e x h i b i t a n a v e r a g e d i s c h a r g e o f a p p r o x . 9 5 c u m / s w i t h a m o n t h l y s t a n d a r d d e v i a t i o n o f 6 6 c u m / s . I t w i l l b e c l e a r f r o m t h e a b o v e , t h a t l a r g e a n n u a l v a r i a -t i o n s i n -t h e f r e s h w a -t e r d i s c h a r g e c a n o c c u r . 2 . 2 . 7 . S a l i n i t y d i s t r i b u t i o n s

(24)

S a l t w a t e r e n t e r s t h e i n n e r e s t u a r y d u r i n g t h e r i s i n g t i d e . T h e l o n g i t u d i n a l , l a t e r a l a n d v e r t i c a l s a l i n i t y d i s t r I b u -t i o n i n -t h e T a g u s E s -t u a r y i s p r e d o m i n a n -t l y a f f e c -t e d b y -t h e f r e s h w a t e r i n f l u x . T h e v e r t i c a l s a l i n i t y g r a d i e n t m a y b e d i m i n i s h e d b y b e d -I n d u c e d t u r b u l e n c e o f t h e t i d a l c u r r e n t s . T h e l o n g i t u d i n a l as w e l l as t h e l a t e r a l s a l i n i t y d i s t r i b u -t i o n d e p e n d m a i n l y o n -t h e m i x i n g o f f r e s h w a -t e r a s f u n c -t i o n o f t h e g e o m e t r y o f t h e e s t u a r y . I n t h e H y d r o n a m i c r e p o r t ( 1 9 6 9 ) t h e l o n g i t u d i n a l d i s t r i b u -t i o n h a s b e e n d e r i v e d f o r s o m e s -t a -t i o n s , f r o m -t h e o n l y a v a i l a b l e d a t a , a s f u n c t i o n o f t h e f r e s h w a t e r i n f l u x . I t w a s s h o w n t h a t t h e a v e r a g e s a l t i n t r u s i o n l e n g t h d e p e n d s l a r g e l y o n t h e f r e s h w a t e r d i s c h a r g e . T h e m a x i m u m s a l i n i t y i s e q u a l t o a b o u t 36 °ó o , T h e d e g r e e o f m i x i n g i n t h e w h o l e e s t u a r y c a n a l s o b e e m -p i r i c a l l y a -p -p r o x i m a t e d b y d e t e r m i n i n g t h e ° e s t u a r y n u m b e r " E , as d e d u c e d b y H a r l e m a n a n d A b r a h a m . When t h e E v a l u e I s r e l a t i v e l y s m a l l t h e e s t u a r y i s s t r o n g -l y s t r a t i f i e d a n d d e n s i t y c u r r e n t s o c c u r t o an o v e r w h e -l m i n g e x t e n t . On t h e c o n t r a r y , t h e e s t u a r y i s w e l l m i x e d i f t h e E v a l u e e x c e e d s a p p r o x . 0 . 1 5 , s o t h e l a r g e r t h e e s t u a r y n u m b e r , t h e m o r e e s t u a r y m i x i n g t h a t I s t o b e e x p e c t e d . T h e e s t u a r y n u m b e r E h a s b e e n d e f i n e d a s s E = P F r V ( Q T ) ( - ) w h e r e : P t i d a l p r i s m , ( c u m ) I . e . t h e v o l u m e o f s e a w a t e r e n t e r i n g t h e e s t u a r y i n a m e a n t i d e F r F r o u d e n u m b e r = U / Z g d " U m a x i m u m f l o w v e l o c i t y I n ( m / s ) t h e e s t u a r y m o u t h d m e a n d e p t h i n t h e e s t u a r y ( m ) m o u t h Q f r e s h w a t e r i n f l u x ( c u m / s ) T t i d a l p e r i o d ( s ) T h e f o l l o w i n g d a t a h a v e b e e n u s e d f o r d e t e r m i n i n g t h e a v e r a g e e s t u a r y n u m b e r : C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e 20

(25)

p 7 . 5 X 10*^ c u m U 1 . 3 d 3 0 m

T

hhhOO

s

Q 3 8 5 c u m / s H e n c e , t h e e s t u a r y n u m b e r t h a s b e e n c a l c u l a t e d as a p p r o x . 0 . 2 1 . F o r e x t r e m e r i v e r d i s c h a r g e s , h o w e v e r , t h e e s t u a r y n u m b e r m a y b e s m a l l e r t h a n t h e 0 . 1 5 m e n t i o n e d e a r l i e r . G e n e r a l l y s p e a l < i n g , t h e c a l c u l a t e d e s t u a r y n u m b e r i n d i c a t e s t h a t t h e T a g u s i n n e r E s t u a r y b e l o n g s t o a t r a n s i t i o n b e t w e e n t h e p a r t i a l l y m i x e d a n d t h e w e l l m i x e d e s t u a r y c l a s s -e s . T h -e s -e c o n c l u s i o n s a r -e s u p p o r t -e d b y f i -e l d d a t a , w h i c h d o n o t s h o w a s t r o n g v e r t i c a l s a l i n i t y g r a d i e n t . T h e a b o v e i m p l i e s t h a t t h e f l o w c i r c u l a t i o n i n t h e T a g u s E s t u a r y c a n b e r e l i a b l y r e p r e s e n t e d b y d e p t h a v e r a g e d f l o w s i m u l a t i o n . 2 . 2 . 8 . Bed r o u g h n e s s R e l i a b l e f i e l d d a t a o n b e d r o u g h n e s s a r e n e c e s s a r y f o r t h e c a l i b r a t i o n p r o c e d u r e . A p r o p e r c h o i c e o f t h e N i k u r a d s e b e d r o u g h n e s s i s e s s e n t i a l , e s p e c i a l l y s i n c e t h e n o n - l i n e a r b e d r e s i s t a n c e t e r m g e n e r a l l y d o m i n a t e s t h e s o l u t i o n o f t h e s h a l l o w w a t e r e q u a t i o n s . T o d a t e , n o f i e l d m e a s u r e m e n t s a r e a v a i l a b l e o f t h e b e d r o u g h n e s s t h r o u g h o u t t h e T a g u s E s t u a r y . T h e r e f o r e , e m p i r i c a l r e l a t i o n s h i p s h a v e b e e n u s e d f o r e s -t i m a -t i n g -t h e b e d r o u g h n e s s f r o m -t h e f l o w v e l o c i -t i e s a n d -t h e s e d i m e n t g r a i n s i z e s . B o t t o m s a m p l e s , t a k e n i n t h e o u t e r a n d i n n e r e s t u a r y , r e v e a l t h a t t w o t y p e s o f s e d i m e n t c a n b e e x p e c t e d , v i z : - f i n e s i l t y mud - c o a r s e s a n d , a t s o m e p l a c e s f u l l o f s h e l l s . T h i s c l u s t e r i n g e f f e c t h a s a l s o b e e n p r o v e d f r o m t h e s i e v e r e s u l t s o f t h e b o t t o m s a m p l e s , t a k e n b y H . P . f o r S o r o s A s s o c i a t e s , i n t h e a r e a b e t w e e n C a c i l h a s a n d S e i x a l i n 1 9 8 1 . C o a r s e s a n d may b e e x p e c t e d a t p l a c e s w h e r e s t r o n g v e l o c i t i e s o c c u r . S i l t y mud c a n b e e x p e c t e d a t p l a c e s w h e r e s i l t a t i o n d o m i n a t e s .

(26)

T h r o u g h o u t a s f o l l o w s t h e e s t u a r y b o t h c l u s t e r s m a y b e c h a r a c t e r i z e d c o a r s e s a n d , s h e l l - l a d e n g r a i n s i z e D50 D90 f i n e s i I t y m u d i g r a i n s i z e D50 D 9 0 m e a n ( y m ) 5 0 0 5 0 0 0 m e a n 15 125 s t a n d a r d d e v i a t i o n (pm) 2 5 0 2 5 0 0 s t a n d a r d d e v i a t i o n ( l i m ) 10 3 5 0 A s s u m i n g t h e f o l l o w i n g r a n g e s f o r t h e p a r a m e t e r s g o v e r 1 n g t h e b e d r o u g h n e s s , t h e l i m i t s o f t h i s s o - c a l l e d N i k u r a d s e r o u g h n e s s c a n b e d e t e r m i n e d e m p i r i c a l l y u s i n g t h e r e s i s -t a n c e g r a p h s o f E i n s -t e i n - B a r b a r o s s a ( 1 9 5 2 ) a n d S h e n ( 1 9 6 2 ) : f l o w v e l o c i t y U w a t e r d e p t h h g r a i n s i z e D50 0 . 0 5 - 1 . 5 0 m / s 0 . 3 0 - 8 0 . 0 0 m 15 - 5 0 0 Mm H e n c e , t h e N i k u r a d s e b e d r o u g h n e s s m a y v a r y b e t w e e n r = 0 . 0 0 5 m a n d r = 1 . 0 m G e n e r a l l y , t h e N i k u r a d s e b e d r o u g h n e s s , o b s e r v e d i n e n v i r o n m e n t s , d i s p l a y s t h e t e n d e n c y t o i n c r e a s e d e c r e a s i n g w a t e r d e p t h . I n t h i s s t u d y , h o w e v e r , s u c h r e l a t i o n s h i p i s t h o u g h t t o b e t o o a r b i t r a r y . t i d a l w i t h a I n t h e r e p o r t , " E n v i r o n m e n t a l S t u d y o f C . N . A . / T e j o No 7 , i s s u e d J u l y I 9 8 O , r o u g h n e s s c l a s s e s w e r e e s t a b l i s h e d t h e T e j o E s t u a r y " , t h e f o l l o w i n g b e d i n a n a r b i t r a r y w a y : d e p t h c l a s s ( m ) 73 - 4 0 3 9 - 25 2k - 10 < 10 N i k u r a d s e b e d r o u g h n e s s ( m ) 0 . 0 0 0 2 0 . 0 0 1 0 0 . 0 4 6 0 1 . 0 0 0 0 T h e b e d r o u g h n e s s h a s b e e n d e r i v e d f r o m t h e g i v e n M a n n i n g n u m b e r s n a c c o r d i n g t o t h e S t r i c k l e r - C h e z y f o r m u l a . C h a p t e r 2 : T a g u s E s t u a r y F l o w R e g i m e p a g e 22

(27)

r = ( 2 5 n ) 6 . T h e a b o v e t a b l e s u g g e s t s o n l y a w a t e r d e p t h d e p e n d a n c e f o r t h e b e d r o u g h n e s s . I n t h i s s t u d y t h e n u m e r i c a l m o d e l s h a v e b e e n c a l i b r a t e d b y e m p l o y i n g a s i n g l e v a l u e d N i k u r a d s e b e d r o u g h n e s s t h r o u g h o u t t h e m o d e l s c h e m a t i z a t i o n s . i t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e b e d r o u g h n e s s , p r o v i d i n g t h e b e s t r e s e m b l a n c e f o r t h e c o m p u t e d a n d t h e m e a s u r e d f l o w f i e l d , i s o n l y r e l e v a n t f o r t h e n u m e r i c a l f l o w m o d e l l i n g .

(28)

LA O LTV 1 CS 04 CS CM CS CS CS c V) >" u O O a O O a O J= u O CS CS 03 CS 4) m < _sO _S3 S3 1 + £ (V> CS (T\ CS CS CS CS O CS c s c n c S ' - c s ^ c S f ^ r>^ 00 — r% \ 0 o LTV l A \ 0 LA ^ oo — CS CS — CS CS CS LA CS CS CS CS CS O X O rtj u Ou ^rco s •o d o ^rco s St a Bas e nc a O > 0 VI a nj >— u OJ •a o u 3 JZ — —n u. d) as nj o :< O O l > _> c Xi (TJ CO O a O f! 1— (_} Q- a . in {_> O •O IU lU O ui u ID ID ..a 3 3 u 3 u 0 Ol •u _l 1— X 0 ul ₀ J= 3 3 O u

^

UJ w E ID 0 O 3 u j = •—' C31 <ü X </) ID c U . ae ID O c c U Ui ID ID U tl > 1) m c t— r > u IU a . •o O O u -y— •o c C L. ITJ 0 O •O in 3 •o w a) c c C ID ID 1/1 ID <5 ID u w ID <a lU s y> S O O. - J oé 3 1 3 £ s X c 4-1 X O S O < T a b l e 2 . 2 . 1 . : S t a t i s t i c a l A n a l y s i s S t a g e O b s e r v a t i o n s T a g u s E s t u a r y , M a r c h 1973

(29)

no. name M.W.L. a M.W.L. a " h w (m + C D . ) (m) ( m i n . ) (m + C D . ) (m) ( m i n . ) Pedrougos 2 10 1.55 - 5 2.10 0.70 - 15 L l T e r r e i r o do Pa^o 2 20 1.68 - 2.20 0.76

-L2 C a c i I h a s 2 20 1.66 0 2.20 0 . 7 5 0 Ll) Povóa de S t a . I r i a 2 35 1.80 + 25 2-35 0.8') + 30 L5 Seixa1 2 25 1.68 + 5 2 . 2 5 0.76 0 L6 M o n t i j o Base 2 25 + 5 2 . 2 5 0.78 0 L7 Ui l a F r a n c a de Xi r a 2 50 1.67 + 50 2 . 5 0 0 . 7 5 + 60 L9 Ca bo Ru i vo 2 25 1.78 + 10 2 . 2 5 0.80 + 10 r e f e r e n c e s t a t i o n : T e r r e i r o do Pa^o M.W.L. Mean Water L e v e l a t i d a l a m p l i t u d e

At^y phase d i f f e r e n c e a t High Water w i t h s t a t i o n L l T e r r e i r o do Pago

s o u r c e s : A . G . P . L .

(30)

Stat ion date of t i d a l d a t a a t T e r r e i r o do 1 Pa^o no. measurement M.W.L. a time of H.W. (m + C D . ) (m) (d e c . h r s ) 8 March 3 1 s t 1972 2 . 1 5 1.45 1 7 . 1 8 15 Apri 1 17th 1972 2.20 1.50 1 8 . 7 2 18 Apr 11 15th 1972 2 . 1 5 1.85 1 7 . 2 2 26 June 13th 1972 2 . 1 5 \.kS l ' t . 3 3 30 June 12th 1972 2 . 2 5 1.75 16.80 32 June 9th 1972 2 . 1 5 \.k5 l ' t . 3 3 36 October 12th 1973 2.20 1 .70 16.12 k] J u l y 10th 1972 2 . 2 5 1.65 15.83 kl J u l y 12th 1972 2.*25 1.75 1 7 . 3 3 J u l y 13th 1972 2 . 2 7 1.73 18.03 kk J u l y 13th 1972 2 . 2 7 1.73 18.03 kl May 1 3 t h 1972 2 . 1 7 1.83 16.22 k& May 12th 1972 2 . 1 5 1.75 15.'t7 kS May 12th 1972 2 . 1 5 1.75 15.'t7 "S 52 May n t h 1972 2 . 1 5 1.65 l't,70 .H 53 J u l y 2 7 t h 1972 2 . 1 7 1.63 16,93 £ Q, 5k May 11th 1972 2 . 1 5 1.65 l't. 70 100 June 30th 1973 2 . 1 7 1.83 16,08 101 June 30th 1973 2 . 1 7 1.83 16.08 103 J u l y 12th 1973 2 . 2 2 1.78 1 4 . 5 2 105 June 2nd 1973 2 . 2 2 1.78 17.03 107 June 29th 1973 2 . 2 2 1.28 15.27 108 J u l y 3 1 s t 1973 2 . 2 7 1.93 17.33 110 J u l y 30th 1973 2 . 2 7 1.93 16.62 113 June 29th 1973 2 , 1 7 1.63 15.27 1 U June 29th 1973 2 . 1 7 1.63 1 5 . 2 7 118 J u l y 2nd 1973 2 . 2 7 1.83 1 7 . 6 3 120 J u l y 3rd 1973 2.30 1.70 18.38 M.W.L. Mean Water L e v e l a T i d a l Ampi i t u d e H.W. High Water T a b l e 2 . 2 . 3 . a . : F l o w m e a s u r e m e n t s , T a g u s E s t u a r y

(31)

s t a t i o n n o . date o f measurement t i d a l d a t a a t T e r r e i r o do Pa90 M.W.L. (m + C O . ) a (m) time of H.W. ( d e c . h r s ) 221 J u l y n t h 1972 2 . 2 5 1 . 7 5 16.60 221 J u l y 12th 1972 2 . 2 5 1.75 17.33 223 Apri 1 6 t h 1981 2 . 1 0 1.92 1 7 . 4 7 224 Apr! 1 6 t h 1981 2 . Ï 0 1.92 1 7 . 4 7 225 Apri 1 6th 1981 2.10 1.92 1 7 . 4 7 226 Apr! 1 6th 1981 2.10 1.92 1 7 . 4 7 227 Apri 1 6 t h 1981 2.10 1.92 1 7 . 4 7 228 June 2nd 1981 2 . 3 5 1.69 1 6 . 7 2 223 Apri 1 I 4 t h 1981 2 . 2 5 0.96 0 . 7 5 224 A p r i l l 4 t h 1981 2 . 2 5 0.96 0 . 7 5 226 Apri 1 l 4 t h 1981 2 . 2 5 0.96 0 . 7 5 227 Apri 1 14th 1981 2 . 2 5 0.96 0 . 7 5 -a 4) M.W.L. Mean Water L e v e l a T i d a l Amplitude H.W. Hiqh Water

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3 . NUMERICAL S I M U L A T I O N QF ESTUARINE FLOW

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3 . 1 . INTRODUCTION 3 . 1 . 1 . S c o p e D u r i n g t h e p a s t t w o d e c a d e s t h e d i s c i p l i n e o f c o m p u t a t i o n a l h y d r a u l i c s h a s e m e r g e d , b y w h i c h v a r i o u s h y d r a u l i c p r o b l e m s , p r e v i o u s l y b e y o n d t h e h y d r a u l i c e n g i n e e r ' s c a p a b i l i t y t o s o l v e , h a v e now b e c o m e t r a c t a b l e . One s u c h p r o b l e m , w h i c h i s o f p r i m a r y i n t e r e s t i n t h i s s t u d y , i s t h e e s t u a r i n e f l o w c i r c u l a t i o n , i n d u c e d b y t i d a l w a v e s as w e l l a s b y f r e s h w a t e r f l o w s o f l a n d d r a i n a g e . N u m e r i c a l m o d e l s o f v a r i o u s t y p e s , t o b e u s e d f o r t h e f l o w c i r c u l a t i o n m e n t i o n e d a b o v e , a r e a l l b a s e d o n a p p r o x i m a t i o n s o f t h e g o v e r n i n g e q u a t i o n s r e p r e s e n t i n g t h e f u n d a m e n -t a l l a w s o f m a s s a n d m o m e n -t u m c o n s e r v a -t i o n . S i n c e t h e f l o w c i r c u l a t i o n i n t h e c o m p a r a t i v e l y s h a l l o w T a g u s E s t u a r y d o e s n o t s h o w s i g n i f i c a n t s a l i n i t y g r a d i e n t s , t h e f o l l o w i n g s i m p l i f i e d a s s u m p t i o n s m a y b e m a d e f o r t h e g o v e r n i n g f l o w e q u a t i o n s , v i z . : - t h e v e r t i c a l f l u i d d e p t h i s m u c h l e s s t h a n t h e h o r i z o n t a l s c a l e o f t h e t i d a l m o t i o n ; - t h e v e r t i c a l p r e s s u r e d i s t r i b u t i o n i s e f f e c t i v e l y h y d r o s t a t i c ; - t h e f l u i d d o e s n o t e x h i b i t v e r t i c a l s t r a t i f i c a t i o n ; - t h e f l u i d i s i n c o m p r e s s i b l e ; - t h e f l u i d d e n s i t y i s c o n s t a n t U s i n g t h e s e a s s u m p t i o n s , t h e n u m e r i c a l m o d e l c a n b e b a s e d o n t h e s o l u t i o n s o f t h e s h a l l o w w a t e r e q u a t i o n s . T h e s e e q u a t i o n s a r e t h e d e p t h - i n t e g r a t e d v e r s i o n s o f t h e t u r b u l e n t a n a l o g i e s t o t h e 3 - d i m e n s i o n a l N a v i e r - S t o k e s m o m e n t u m e q u a t i o n s a n d t h e m a s s c o n s e r v a t i o n e q u a t i o n . G i v e n t h e r e q u i r e d i n f o r m a t i o n o n t h e p h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e b a t h y m e t r y a n d t h e f o r c i n g f u n c t i o n s , t h e c i r -c u l a t i o n -c a n b e -c o m p u t e d a t e a -c h p o i n t i n h o r i z o n t a l s p a -c e a n d t i m e i n t e r m s o f t h r e e v a r i a b l e s : t h e 2 h o r i z o n t a l c o m p o n e n t s o f t h e d e p t h a v e r a g e d f l o w v e l o c i t y a n d t h e e l e v a -t i o n o f -t h e f r e e s u r f a c e a b o v e a r e f e r e n c e d a -t u m . S u c h a n u m e r i c a l m o d e l , r e f e r r e d t o a s 2 - d i m e n s i o n a l , h a s b e e n e m p l o y e d i n t h i s s t u d y . T h e a b o v e r e s u l t s c a n i n t u r n b e u s e d as an i n p u t f o r o t h e r m o d e l s d e a l i n g w i t h t h e t r a n s p o r t o f s u s p e n d e d s u b s t a n c e s , s u c h a s t h e s e d i m e n t , a l s o o f i n t e r e s t i n t h i s s t u d y .