Wave run-up on embayed beaches. Study case: Itapocorói Bay, Southern Brazil

Abstract

This paper presents a new approach for estimating run-up on embayed beaches based on a study of the microtidal coast of Itapocorói Bay, Southern Brazil using the surf similarity parameter and wave height at break location. The four step methodology involved: 1) direct wave measurement (34 days), wave run-up measurement (19 days at 7 points within the bay), measurement of bathymetry and beach topography in the entire bay; 2) tests on available formulae to calculate wave run-up; 3) use of the SWAN spectral wave model to simulate wave parameters at breaking at each wave run-up measurement point and; 4) development of a new formula/approach to assess wave run-up on embayed beaches (in both exposed and protected areas). During the experiments the significant wave height varied from 0.5 m to 3.01 m, the mean wave period from 2.79 s to 7.76 s (the peak period varied between 2.95 s and 17.18 s), the mean wave direction from 72.5° to 141.9° (the peak direction varied from 39.2° to 169.8°) and the beach slope (tan β) from 0.041 to 0.201. The proposed formula is in good agreement with measured data for different wave conditions and varying degrees of protection. The analysis demonstrates that although R² varies from 0.52 to 0.75, the wave run-up distribution over the measurements agreed well with the proposed model, as shown by quantile-quantile analysis (R²=0.98 to 0.99). The errors observed in individual cases may be related to errors of measurements, modeling and to non-linear processes in the swash zone, such as infragavity waves.Este artigo tem o objetivo de estimar o run-up em praias de enseada a partir de estudo realizado na Enseada do Itapocorói, localizada em uma costa de micromarés no sul do Brasil utilizando o parâmetro de similaridade de surf (surf similarity parameter) e altura de ondas no ponto de quebra. A metodologia aplicada foi dividida em quatro etapas: 1) medição direta de ondas (34 dias), medidas de wave run-up (19 dias em 7 pontos da baía), medições topo-batimétricas; 2) testes com as fórmulas disponíveis na literatura para cálculo do run-up; 3) uso do modelo espectral SWAN para simular a propagação das ondas e obter os parâmetros de ondas no ponto de quebra no momento das medições do run-up e; 4) desenvolvimento de uma nova abordagem para estimar o run-up em praias de enseada (aplicável às áreas protegidas e expostas da enseada). Os resultados demonstram que, durante os experimentos, a altura significativa de onda variou entre 0,5 e 3,01 m, o período médio entre 1,79 e 7,76 s (o período de pico entre 2,95 e 17,19 s), a direção média entre 72,5° e 141,9° (a direção de pico entre 39,2° e 169,8°) e a declividade da face da praia (tan β) entre 0,041 e 0,201. A fórmula proposta apresenta boa concordância com os dados medidos para diferentes condições de ondas e graus de proteção da praia. Como conclusão destaca-se que, apesar do R² variar entre 0,52 e 0,75, a distribuição das medições de run-up apresentou boa concordância com o modelo proposto, como demonstrado pela análise quantil-quantil (R²=0,98 a 0,99). Os erros observados em casos individuais podem estar relacionados a erros das medições, do modelo e aos processos não lineares presentes na zona de espraiamento, como as ondas de infragravidade