Publication: A whole surf zone modelling approach as an aid to investigation of nearshore and coastal morphodynamics
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Cooper, J.A.G.
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CERF
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Abstract
Studies of the theoretical relationships between wave characteristics, nearshore topography and beach dynamics are common in coastal engineering and coastal geomorphology studies. Frequently, these studies use spatially averaged values of dynamic variables (waves, tides) and spatially-averaged nearshore topography. Such an approach reduces the accuracy and introduces errors when the relationships between variables are considered. High-resolution surf-zone input and output which are needed to simulate the complex relationships between waves, tides, winds and sediments for both modal and high energy/low frequency events can, however, be achieved by adapting and extending existing approaches. This paper introduces a method to investigate and characterise wave-induced processes using a whole-surf-zone approach (i.e. an integrated rather than an averaged approach) and produce useful output for geomorphological interpretation of beach morphodynamics. This involves the following steps: (i) Extraction of spatially-referenced hydrodynamic data from a 2-D numerical wave propagation model. The geographical and hydrodynamic data is then written to a secondary file. (ii) Creation of a surf-zone map and hydrodynamic database. (iii) Calculation of(a) local slopes within the surf-zone to characterise nearshore processes and (b) average slopes for application of beach classification formulae (e.g. surf scaling parameter). (iv) Calculation of nearshore parameters (e.g. potential currents, sediment transport, wave setup etc). (v) Extraction of G.I.S. compatible output for further analyses. This approach, while still a simplification of surf-zone processes, avoids the surf-zone averaging or single-point data limitations inherent in earlier approaches and offers the opportunity for more robust and detailed investigations of nearshore processes. It also avoids the bathymetric updating of other models, which tend to multiply errors. Several examples are discussed in which the use of this approach as an aid to morphodynamic interpretation has been demonstrated. The approach is presented as an aid to interpretation of field observations through simulation of relevant morphodynamic parameters which would be difficult to obtain through field measurement.
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Description
Los estudios de las relaciones teóricas entre las características de las olas, la topografía cercana a la costa y la dinámica de las playas son comunes en los estudios de ingeniería costera y geomorfología costera. Con frecuencia, estos estudios utilizan valores promediados espacialmente de variables dinámicas (olas, mareas) y topografía cercana a la costa promediada espacialmente. Este enfoque reduce la precisión e introduce errores cuando se consideran las relaciones entre las variables. Sin embargo, la entrada y salida de la zona de surf de alta resolución que se necesita para simular las relaciones complejas entre olas, mareas, vientos y sedimentos para eventos modales y de alta energía/baja frecuencia se puede lograr adaptando y ampliando los enfoques existentes. Este documento presenta un método para investigar y caracterizar los procesos inducidos por las olas utilizando un enfoque de zona de surf completa (es decir, un enfoque integrado en lugar de un enfoque promediado) y producir resultados útiles para la interpretación geomorfológica de la morfodinámica de las playas. Esto implica los siguientes pasos: (i) Extracción de datos hidrodinámicos referenciados espacialmente de un modelo numérico de propagación de olas en 2-D. Luego, los datos geográficos e hidrodinámicos se escriben en un archivo secundario. (ii) Creación de un mapa de la zona de rompientes y de una base de datos hidrodinámica. (iii) Cálculo de (a) pendientes locales dentro de la zona de rompientes para caracterizar los procesos cercanos a la costa y (b) pendientes promedio para la aplicación de fórmulas de clasificación de playas (por ejemplo, parámetro de escala de rompientes). (iv) Cálculo de parámetros cercanos a la costa (por ejemplo, corrientes potenciales, transporte de sedimentos, configuración de olas, etc.). (v) Extracción de resultados compatibles con SIG para análisis posteriores. Este enfoque, si bien sigue siendo una simplificación de los procesos de la zona de rompientes, evita las limitaciones de los datos de un solo punto o de promedios de la zona de rompientes inherentes a los enfoques anteriores y ofrece la oportunidad de realizar investigaciones más sólidas y detalladas de los procesos cercanos a la costa. También evita la actualización batimétrica de otros modelos, que tienden a multiplicar los errores. Se discuten varios ejemplos en los que se ha demostrado el uso de este enfoque como una ayuda para la interpretación morfodinámica. El enfoque se presenta como una ayuda para la interpretación de las observaciones de campo mediante la simulación de parámetros morfodinámicos relevantes que serían difíciles de obtener mediante la medición de campo.
Bibliographic reference
Malvarez, G. C., and J. A. G. Cooper. "A whole surf zone modelling approach as an aid to investigation of nearshore and coastal morphodynamics." Journal of coastal research (2000): 800-815.