The persistence of the excess of bottom shear stress as a criterion in the hydro-sedimentological stability of tidal inlets

This work proposes a methodology for projecting the critical cross-sectional area of stable tidal inlets in hydro-sedimentological terms, with feasibility analysis. A stable tidal inlet can expel excess sediment deposited inside it, keeping its mouth clear, varying little over decades. The methodology is based on the persistence in which the shear stress exerted by the currents exceeds the critical mobility shear stress for the median diameter bottom sediment and conforms to well-established classical criteria for analysis of dynamic stability of tidal inlets. The research used computational modeling with analyses of 5985 cases involving idealized lagoon systems with one tidal inlet, with different tidal amplitudes, median sediment diameters, lagoon surface areas and channel geometries of the morphologically natural tidal inlets. It was found that the stable channels that satisfy the relations of O’Brien (P × Ac) show in its crosssectional area a persistence of excess shear stress in a range between 65% and 85% of the time of a tidal cycle of average spring tidal cycle. The analysis concludes that, during a lunar month, for a channel to be viable, its projected critical cross-sectional area of a stable tidal inlet must have currents that maintain persistence of excess shear stress at the bottom of the critical area in 75% of the time, with a tolerance of ± 10%. This methodology is more realistic because it includes the local sediment, morphological relationships of natural cross-sectional areas, tidal variability in the monthly cycle, allowing to define the viability of projected tidal inlets by indicating a more guaranteed critical cross-sectional area geometry. It is worth remembering that the classical criteria indicate a supposedly stable critical cross-sectional area, but without guarantee of viability.Este trabalho propõe uma metodologia para projeto de área hidráulica crítica de canais de maré estáveis em termos hidro-sedimentológicos, com análise de viabilidade. Um canal de maré estável é capaz de expelir o excesso de sedimentos depositados no seu interior, mantendo sua embocadura desobstruída, variando pouco ao longo de décadas. A metodologia é baseada na persistência em que a tensão de atrito exercida pelo escoamento excede a tensão crítica de mobilidade do sedimento mediano no fundo, e conforma com critérios clássicos bem estabelecidos para análises de estabilidade dinâmica de canais de maré. A pesquisa utilizou modelagem computacional com análises de 5985 casos envolvendo sistemas lagunares idealizados com um canal de maré, com diferentes amplitudes de maré, diâmetro mediano de sedimentos, áreas de espelho de água lagunar e geometria dos canais de maré morfologicamente naturais. Constatou-se que os canais estáveis que satisfazem as relações de O’Brien (P × Ac) apresentam em sua seção crítica uma persistência do excesso de tensão no fundo numa faixa entre 65% e 85% do tempo de um ciclo de maré de sizígia média. Pelas análises, conclui-se que, durante um mês lunar, a área crítica projetada de um canal de maré estável, para ser viável, deve ter correntes que mantenham persistência de excesso de tensão no fundo da área crítica em 75% do tempo, com tolerância de ±10%. Essa metodologia mostra-se mais realista, pois inclui o sedimento local, relações morfológicas de seções de naturais, variabilidade de marés no ciclo mensal, permitindo definir a viabilidade de canais de maré projetados ao indicar a geometria de seção crítica mais garantida. Vale lembrar que os critérios clássicos indicam uma área de seção crítica supostamente estável, porém, sem garantia de viabilidade