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Sistema Estuarinos Costeiros

Introdução a ModelagemCarlos Ruberto Fragoso Júnior

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Sumário

Elementos da modelagem Etapas da modelagem matemática Os principais propósitos da aplicação de

modelos O modelo que veremos

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Elementos da Modelagem

Funções governantes ou

Variáveis externasProcessos

Parâmetros

Parâmetros

Fenômeno de interesse

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da Modelagem

Problemas em Ecologia

Biomanipulação

Interações tróficas

Estadosalternativos

Usos da águaPesca predatória

Piscicultura

Floração decianobactérias

Eutrofização

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da Modelagem

Quais são as

variáveis?Quais são

as hipóteses

?Quais são

os processos?

Essa é a minha

proposta!!!

Simplificações e formulação de hipóteses Simplificações e formulação de hipóteses

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Etapas da ModelagemSimplificações e formulação de hipóteses Simplificações e formulação de hipóteses

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Etapas da ModelagemSimplificações e formulação de hipóteses Simplificações e formulação de hipóteses

Produção

Luz Temperatura Nutrientes

Taxa constante

Nk

N

NN

20TTmaxT G

Hk

eef781,2

e

21

L

NTLP NTP TP tetanconsP

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Etapas da ModelagemSimplificações e formulação de hipóteses Simplificações e formulação de hipóteses

Nº de parâmetros

ComplexidadeAproximação

Nº ótimo de parâmetros

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da Modelagem

Modelos Qualidade Água e Hidrodinâmica

Derivado aplicação Leias de Conservação

Propriedades conservativas intrínsecas internas

momentum, calor energia, massa água, massa contaminantes

Prediz: Mudanças em propriedades

conservativas; Mudanças estado sistema

resulta de mudanças em uma ou mais propriedades intrínsecas.

Conservação de EnergiaBalanço Calor e EvaporaçãoRelações de mistura

Conservação de MassaMassa água na hidrodinâmica e transporteMassa materiais dissolvidos ou suspensos na águaBalanço massa expandido para incluir mudanças

cinéticas

Conservação de MomentoÁgua: movimentoÁgua: Fluxo

Acumulação Líquida = Transporte Fonte/Sumidouro (transformações)

Fluxo Propriedades Conservativas devido movimento água (advecção,

mistura turbulenta, difusão)

Funções Forçantes

As Leis da Natureza!!! As Leis da Natureza!!!

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Etapas da ModelagemDedução do modelo matemático Dedução do modelo matemático

consumoproduçãohA

AZg

K

A1rA

dt

dA

az

emortalidadocrescimentZmhA

AZge

dt

dZz

azz

Modelo conceitual Modelo conceitual

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Etapas da ModelagemDedução do modelo matemático Dedução do modelo matemático

Parâmetro Descrição Valor Unidade

R Taxa de crescimento do fitoplâncton 0,5 dia-1

K Capacidade máxima de biomassa algal 10 mg.l-1

gz Taxa de consumo algal pelo zooplâncton 0,6 dia-1

Há Coeficiente de meia-saturação para o consumo de algas 0,4 mg.l-1

ez Eficiência de conversão de biomassa algal para zooplanctônica 0,6 -

mz Taxa de mortalidade do zooplâncton 0,15 dia-1

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da ModelagemResolução do problemaResolução do problema

Solução das equações diferenciais através de um método Solução das equações diferenciais através de um método numérico:numérico:

Métodosanalíticos Métodos

numéricos

EulerDiferenças

finitasElementos

Finitos

Elementosde contorno

Runge-Kutta

Método dosCoeficientes

Não-determinados

Transformadasde

Laplace

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Etapas da ModelagemResolução do problemaResolução do problema

Discretização temporalDiscretização temporal

Discretização espacialDiscretização espacial

Método numéricoMétodo numérico

xx

yy

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Etapas da ModelagemResolução do problemaResolução do problema

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Etapas da Modelagem

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da ModelagemCalibração e validação do modeloCalibração e validação do modelo

ObservadoCalculado

Período de calibração Período de validação

A

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Etapas da ModelagemDefinição do problema

Simplificação e formulação de hipótese

Dedução do modelo

Resolução do problema

Calibração e validação

Aplicação do modelo

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Etapas da ModelagemAplicação do modeloAplicação do modelo

0 200 400 600 800 10000

2

4

6

8

10

Tempo (dias)

AZ

K

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Etapas da Modelagem

Aplicaçãodo

modelo

Entendimentodos

processos

Geração dehipóteses

Preenchimento dedados

Previsão

Teste de cenários

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Módulohidrodinâmico

Módulo transporte de massa

Módulo qualidade da

água

RESULTADOS

Calibração

Dados de campo:- Regime de maré- Rios afluentes- vento

Dados de campo:- Fluxos no contorno- Condições iniciais- Entr. de nutrientes- Temperatura H2O- Luz

Dados de campo:- Estudos com corrantes- Medição salinidade

Validation

Dados de campo:- Velocidade (int. e dir)-- Nível da água

Calibração Validação Validação

Dados de Campo:- Sensoriamento remoto (clorofila-a)

Dados de campo:- Fluxos no contorno- Condições iniciais

Banco de dados

MóduloBatimetria

Entrada

Dados de campo:- batimetria

Literatura- Levantamentos ant.

Dados de campo:- Google Earth

Validação

Entrada Entrada Entrada

ESTÁGIO IVESTÁGIO IIIESTÁGIO IIESTÁGIO I

Estágios da Modelagem

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Limitações para modelagem

Dados de entrada

Estrutura do modelo

Parâmetros

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HEC-RAS Modelo hidrodinâmico e de qualidade da água 1D Regime permanente e não permanente Interface gráfica Integrado a um SIG

Modelo que veremos