On the hydro-morphodynamics of river mouths: the role of waves

In the thesis a numerical analysis of the role of wave forcing on the hydrodynamics, sediment transport and vorticity patterns in idealized inlets and estuary mouths is proposed. A novel solver for the hydro-morphodynamics of shallow flows in presence of an estuary is described. The solver builds upon a previous robust finite-volume model for shallow waters by Brocchini et al. (2001) and is complemented by a suitable routine for the inclusion of simplified estuarine inlets at a certain portion of the computational domain boundary. The estuarine input is imposed at all nodes of the numerical inlet as a prescribed time series of water elevation and/or fluid velocity. A simple and robust mesher for the generation of computational meshes from bathymetric surveys datasets has also been devised, in order to represent real-case bottom profiles for use in numerical simulations. The performance of the estuarine solver is tested against two sets of numerical trials. The first set of tests aims at reproducing the structure of wave-current interaction, morphodynamic patterns and vorticity at an idealized inlet configuration, in similarity of the numerical campaign performed by Olabarrieta et al. (2014). With the second type of tests the morphological evolution at the estuary of the Misa River, Senigallia, Italy is reproduced. The model is generally capable of describing the main features of the investigated flows, although the capability of modelling sediment transport and the related morphological variations of real case scenarios need some improvement.

Nel presente lavoro di tesi viene proposta un’analisi numerica del ruolo delle forzanti ondose sui processi idrodinamici, morfodinamici e di generazione di vorticità in ambienti estuarini semplificati. Allo scopo è stato predisposto un apposito modello numerico per la risoluzione dell’idro-morfodinamica costiera ed estuarina in regime di acque basse. Il modello è basato su un solutore pre-esistente con struttura ai volumi finiti sviluppato da Brocchini et al. (2001), ed è stato completato da un modello di estuario, per poter contemplare l’inclusione di estuari semplificati in una porzione limitata del bordo del dominio di calcolo. L’input di estuario viene fornito al solutore sotto forma di serie temporale di elevazione del livello idrico e/o di velocità del fluido. È stato inoltre sviluppato un semplice e flessibile generatore di griglie di calcolo, il quale crea mesh a partire da dataset ottenuti da rilievi batimetrici reali, in modo da riprodurre fedelmente batimetrie reali per le successive analisi numeriche. Le performance del modello di estuario è stata valutata attraverso due set di analisi numeriche. Con il primo set di test sono stati riprodotti gli aspetti più rilevanti dell’interazione onda-corrente, dei pattern morfodinamici e della generazione di vorticità in un estuario semplificato, sulla base della campagna di esperimenti numerici intrapresi da Olabarrieta et al. (2014). Il secondo set di test ha invece riguardato la riproduzione dell’evoluzione morfologica dell’estuario del fiume Misa, a Senigallia. Il modello numerico si è rivelato globalmente in grado di rappresentare le caratteristiche salienti dei flussi in esame; tuttavia, la capacità del modello di descrivere i processi di trasporto dei sedimenti e la conseguente evoluzione morfodinamica di casi reali necessita di ulteriori sviluppi.