Shauna Creane, Michael O’Shea, Mark Coughlan, Jimmy Murphy (2023). Hydrodynamic Processes Controlling Sand Bank Mobility and Long-Term Base Stability: A Case Study of Arklow Bank. Hydrogeology Journal, Geosciences, 13(2), 60 (2023) – (link)

Título

Hydrodynamic Processes Controlling Sand Bank Mobility and Long-Term Base Stability: A Case Study of Arklow Bank

(Processos hidrodinâmicos que controlam a mobilidade do banco de areia e a estabilidade da base a longo prazo: Um estudo de caso do Banco Arklow)

Resumo

Offshore sand banks are an important resource for coastal protection, marine aggregates, and benthic habitats and are the site of many offshore wind farms. Consequently, a comprehensive understanding of the baseline processes controlling sand bank morphodynamics is imperative. This knowledge will aid the development of a long-term robust marine spatial plan and help address the environmental instability arising from anthropogenic activities. This study uses a validated, dynamically coupled, two-dimensional hydrodynamic and sediment transport model to investigate the hydrodynamic processes controlling the highly mobile upper layer of Arklow Bank, while maintaining overall long-term bank base stability. The results reveal a flood and ebb tidal current dominance on the west and east side of the bank, respectively, ultimately generating a large anticlockwise residual current eddy encompassing the entire bank. This residual current flow distributes sediment along the full length of the sand bank. The positioning of multiple off-bank anticlockwise residual current eddies on the edge of this cell is shown to influence east–west fluctuations of the upper slopes of the sand bank and act as a control on long-term stability. These off-bank eddies facilitate this type of movement when the outer flows of adjacent eddies, located on both sides of the bank, flow in a general uniform direction. Whereas they inhibit this east–west movement when the outer flows of adjacent eddies, on either side of the bank, flow in converging directions towards the bank itself. These residual eddies also facilitate sediment transport in and out of the local sediment transport system. Within Arklow Bank’s morphological cell, eight morphodynamically and hydrodynamically unique bank sections or ‘sub-cells’ are identified, whereby a complex morphodynamic–hydrodynamic feedback loop is present. The local east–west fluctuation of the upper slopes of the bank is driven by migratory on-bank stationary and transient clockwise residual eddies and the development of ‘narrow’ residual current cross-flow zones. Together, these processes drive upper slope mobility but maintain long-term bank base stability. This novel understanding of sand bank morphodynamics is applicable to bedforms in tidally dominated continental shelf seas outside the Irish Sea.

TRADUÇÃO LIVRE

Os bancos de areia offshore são um recurso importante para a proteção costeira, agregados marinhos e habitats bênticos e são o local de muitos parques eólicos offshore. Consequentemente, é imperativa uma compreensão abrangente dos processos de base que controlam a morfodinâmica dos bancos de areia. Este conhecimento ajudará no desenvolvimento de um plano espacial marinho robusto a longo prazo e ajudará a resolver a instabilidade ambiental resultante das actividades antropogénicas. Este estudo utiliza um modelo hidrodinâmico bidimensional e de transporte de sedimentos validado, dinamicamente acoplado, para investigar os processos hidrodinâmicos que controlam a camada superior altamente móvel do Banco Arklow, enquanto mantém a estabilidade geral da base do banco a longo prazo. Os resultados revelam uma predominância de correntes de maré de cheia e vazante nos lados oeste e leste da margem, respectivamente, gerando em última análise um grande redemoinho de correntes residuais no sentido anti-horário abrangendo toda a margem. Este fluxo de corrente residual distribui sedimentos ao longo de toda a extensão do banco de areia. O posicionamento de múltiplos redemoinhos de corrente residual fora da margem no sentido anti-horário na borda desta célula influencia as flutuações leste-oeste das encostas superiores do banco de areia e atua como um controle na estabilidade a longo prazo. Esses redemoinhos fora da margem facilitam esse tipo de movimento quando os fluxos externos dos redemoinhos adjacentes, localizados em ambos os lados da margem, fluem em uma direção geral uniforme. Ao passo que inibem este movimento leste-oeste quando os fluxos externos de redemoinhos adjacentes, em ambos os lados da margem, fluem em direções convergentes em direção à própria margem. Esses redemoinhos residuais também facilitam o transporte de sedimentos para dentro e para fora do sistema local de transporte de sedimentos. Dentro da célula morfológica do Arklow Bank, são identificadas oito seções bancárias ou “subcélulas” morfodinâmica e hidrodinamicamente únicas, onde um complexo ciclo de feedback morfodinâmico-hidrodinâmico está presente. A flutuação local leste-oeste das encostas superiores da margem é impulsionada por redemoinhos residuais migratórios estacionários e transitórios no sentido horário e pelo desenvolvimento de zonas “estreitas” de fluxo cruzado de correntes residuais. Juntos, estes processos impulsionam a mobilidade nas encostas superiores, mas mantêm a estabilidade da base bancária a longo prazo. Esta nova compreensão da morfodinâmica dos bancos de areia é aplicável a formas de leito em mares de plataforma continental dominados pelas marés fora do Mar da Irlanda.

Artigo publicado no site MPDI, no Geosciences.