maximiliano strassercapacitacao.ana.gov.br/conhecerh/bitstream/ana/1302/1... · 2019-06-17 ·...

CURSO DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA

Organização do Tratado de Cooperação Amazônica – OTCA

Agência Nacional de Águas – ANA

Agência Brasileira de Cooperação – ABC

Maximiliano Strasser

BRASÍLIA – Junho/2019

Modelos Computacionais para Avaliação de Processos Sedimentológicos;

Modelos unidimensionais, bidimensionais ou tridimensionais;

Classificação de Modelos Sedimentológicos;

Principais Modelos Sedimentológicos disponíveis no Mercado;

Estudo de Caso: UHE Santo Antônio (Rio Madeira/RO)

Modelagem Unidimensional

Modelagem Bidimensional

MODELAGEM SEDIMENTOLÓGICA


Organização do Tratado de Cooperação Amazônica – OTCAAgência Nacional de Águas – ANA

Fenômenos sedimentológicos vêmsendo observados desde os tempos pré-industrialização. No entanto, cada vezmais aumenta a importância de estudosdo movimento de sedimentos emescoamentos com superfície livre.

Paralelamente, o desenvolvimento decidades em áreas costeiras e aconstrução de portos só aumentam anecessidade de um bom conhecimentoda dinâmica hidrossedimentológica.Há, portanto, uma crescente demandapor estudos sedimentológicos tanto emáreas costeiras, quanto em áreasfluviais (vamos lembrar o PDE/EPE).

Uso de Modelos Computacionais para Avaliação de Processos Sedimentológicos

Agências reguladoras (ANA, ANEEL, …)

IBAMA, MP, outras …



A modelagem matemáticahidrodinâmica associada aotransporte de sedimentos éuma boa alternativa paraestudar a evolução dofenômeno tanto no espaçoquanto no tempo.

Ainda são raros no Brasil os trabalhos aplicandoa modelagem numérica aplicada à hidráulicafluvial (transporte de sedimentos em rios, lagose áreas costeiras, e assoreamento dereservatórios) quando comparado a outrospaíses, cujos recursos hídricos não têm umadimensão tão expressiva.




No entanto, o baixo custo do trabalho com modelos computacionais e acrescente velocidade de processamento dos computadores tem levado muitasempresas a optarem pelo uso de modelos em suas analises sedimentológicas.


Padrões localizados de erosão ou depositação nas proximidades das

estruturas hidráulicas

Principais problemas em reservatórios ...

Água e sedimentos produzidos na bacia hidrográfica

Padrões do transporte de sedimentos,depositação ou erosão a montante debarragens sob diferentes regras operativas

Erosão, transporte e depositação de sedimentos

a jusante de barragens



Objetivos frequentes nos estudos de modelagem em barragens ...

Uso de Modelos Matemáticos para Avaliação de Processos Sedimentológicos

Modelagem matemática unidimensional do transporte desedimentos em condições atuais e com reservatório, avaliando aevolução temporal das condições de assoreamento do reservatório ede erosão a jusante do empreendimento.

Modelagem matemática bidimensional do transporte de sedimentosnas regiões próximas ao barramento, onde as maiores profundidadese o alargamento proporcionado pela barragem, a montante, e osefeitos das estruturas de descargas, a jusante, têm influênciassignificativas sobre o comportamento sedimentológico.



Uso de Modelos Matemáticos para Avaliação de Processos Sedimentológicos

Carvalho (2008)

Mudanças morfológicas

no Delta



Modelos Tridimensionais (3D)

❑ O domínio possui as dimensões x, y, z e t. É usado quando se deseja obterresultados ao longo da coluna d’água. Estes modelos são usados quando existe ainfluência de termos baroclínicos (temperatura e salinidade→ densidade).

❑ Nos modelos tridimensionais é necessário assumir um conjunto depressupostos antes de aplicar as formulas de transporte de sedimentosoriginalmente desenvolvidas para escoamentos unidimensionais.



❑ O escoamento em rios naturais étridimensional, principalmente naregião de meandros, em locais deexpansão ou contração do escoamento,na camada próxima ao leito do rio ou napresença de estruturas hidráulicas.

Modelos Tridimensionais (3D)

❑ No caso do escoamento em rios, estes modelos são raramente utilizados excetopara simulações que incluam a região estuarina do rio, região de escoamentosecundário ou nas proximidades de obras hidráulicas. E quando utilizados, sãopara simulações de curto período, dado o elevado custo computacional.



❑ Para a calibração e validação os modelostridimensionais precisam de informaçãode campo também tridimensional (custoselevados → tempo e dinheiro).

Wilbers (2004)

Modelos Bidimensionais (2D)

❑ Podem ser classificados em modelos bidimensionais integrados na vertical(2DH) ou modelos bidimensionais integrados na horizontal (2DV).

❑ No caso 2DH o domínio possui as dimensões x, y, e t, a dimensão vertical épromediada. Este modelo se aplica a corpos d’água pouco estratificados ouverticalmente homogêneos. São utilizados quando a velocidade média navertical ou algum outro parâmetro hidráulico pode descrever corretamente avariação das condições hidráulicas a traves do canal.

❑ No modelo 2DV é promediada a dimensão lateral e os parâmetroshidráulicos integrados na horizontal podem representar corretamente asvariações verticais das condições hidráulicas. Este modelo se aplica a locaisonde a estratificação é um processo importante a ser levado em consideração.Após a promediação restam as dimensões x, z e t.

❑ A maioria dos modelos de transporte bidimensionais são 2DH.



Modelos Unidimensionais (1D)

❑ Nos modelos unidimensionais foram promediadas a dimensão vertical e adimensão horizontal transversal ao escoamento;

❑ É uma simplificação importante e muito utilizada em rios com seçãotransversal uniforme ou quando não se deseja obter resultados ao longo se umaseção transversal;

❑ A maioria dos modelos de transporte são unidimensionais, em especialaqueles utilizados em simulações de longo período em grandes trechos de rios;

❑ Os modelos unidimensionais requerem de menor quantidade de dados decampo para sua calibração e validação;

❑ As soluções numéricas são mais estáveis, consomem menor quantidade detempo e capacidade computacional. Porem eles não são adequadas no caso deescoamentos predominantemente bi ou tridimensionais.



Equação de continuidade (água)

Equação de continuidade sedimentológica

Equação de momentum (água)

A declividade de energia está vinculada à vazão, tamanhodas partículas de sedimento, carga de sedimentos, formasde fundo, geometria do canal, vegetação, ... Na prática éassumida constante e computada através de Manning.



Classificação de Modelos Sedimentológicos

❑ PERMANENTE ou NÃO-PERMANENTE – depende da variação no tempo dascondições do escoamento (fluxo+sedimento). Estritamente, todo escoamentonatural é não-permanente devido às variações temporais nas condições doescoamento. Igualmente, um hidrograma pode ser aproximado por uma série devazões constantes, dando lugar assim à modelagem quase-permanente.

❑ EQUILÍBRIO ou NÃO-EQUILÍBRIO – Um modelo em equilíbrio permite atroca instantânea de sedimentos no leito do canal aluvial quando há umadiferença entre a oferta (quantidade disponível de sedimento) e a capacidade detransporte de sedimentos de um rio.

# Este pressuposto é válido se os sedimentos são transportados principalmente comocarga de arraste (d > 63 µm);# Para sedimentos finos a assunção de troca instantânea pode não ser válida poisexiste um atraso entre o momento em que ocorre o desequilíbrio e o momento emque os sedimentos são depositados ou erodidos do leito.







❑ ACOPLADO ou NÃO-ACOPLADO – Um modelo acoplado resolve a equaçãode continuidade, momentum e continuidade sedimentológica simultaneamente.Se as variações morfológicas em um intervalo de tempo são muito pequenas e nãoalteram significativamente a seção transversal, a solução pode obter-se de formadesacoplada: continuidade e momentum → continuidade sedimentológica.

# modelos desacoplados apresentam uma solução numérica mais simples;# modelos acoplados são mais estáveis (convergência);# a estabilidade de modelos acoplados ou não acoplados pode variar alterandoos passos de tempo durante a modelagem.

❑ UNIFORME ou NÃO-UNIFORME – Um modelo uniforme utiliza um únicodiâmetro representativo para o transporte de sedimentos, entanto que ummodelo não-uniforme reflete o movimento de diferentes frações,possibilitando (as vezes) a formação/destruição de uma camada de proteção doleito (couraça/armoring).


Segundo Summer & Walling (2002), um modelo de transporte desedimentos para ser utilizado no auxílio e resolução de problemasde engenharia prática deve possuir as seguintes características:

❖ Existem diferentes tipos de modelos de transporte de sedimentos queapresentam graus de complexidade variável (1D, 2D, 3D, ...);

❖ Alguns são sofisticados e com um embasamento teórico sólido, mas queprecisam de um conjunto de dados de campo grande para ser calibrados e validados;

❖ Outros modelos são baseados em um conjunto de simplificações físicas as quaispodem ser verificadas (ou não) com dados de campo.



Características Ideais de um Modelo para Avaliaçãode Processos Sedimentológicos

i. A sua formulação matemática deveria ser baseada em teorias bem consolidadas, poremaplicáveis a condições de campo;

ii. O modelo deveria ser aplicável tanto em canais artificiais quanto naturais;

iii. O modelo deveria ser aplicável para condições de escoamento subcrítico, crítico ousupercrítico, ou uma combinação destes (sem interrupção);

iv. O modelo deveria calcular e simular condições hidráulicas e de transporte de sedimentona direção longitudinal e transversal;

v. O modelo deveria considerar sedimentos com diferentes granulometrias, para simular oencourazamento do leito em simulações de processos morfológicos de longo período;

vi. O modelo deveria simular e prever as mudanças da geometria do canal (profundidade elargura do canal), mas também deveria incorporar situações particulares, comoestabilidade lateral de canais e limites de erosão;

vii. O modelo deveria simular o transporte de sedimentos em equilíbrio e não-equilíbrio;

viii. O modelo não deveria precisar de numerosos dados de campo (de difícil obtenção).



Modelos Sedimentológicos disponíveis ...

Objetivos do estudo

Prazos do estudo

Suporte Técnico

Custo Financiero

Custo Computacional



Características Ideais de um Modelo para Avaliaçãode Processos Sedimentológicos

Caracterização da geometria do canal

Caracterização do escoamento (fase líquida e sólida)

Domínio de modelagem

Calibração do modelo

Cenários a serem simulados

Resultados do modelo

Análise de sensibilidade

Cronograma de implementação de modelos

As principais características da modelagem ...




Caracterização da Fase Líquida e Solida: é necessário definir as cargas desedimento afluentes e as vazões associadas (curvas de descarga líquida e sólida). Adistribuição granulométrica do material do leito deverá ser elaborada a partir deanálises de amostras de sedimento coletadas ao longo do estirão a ser modelado.Deverão ser tomadas, para tanto, amostras de material de fundo em diversasseções, de modo a caracterizar a variação longitudinal da granulometria domaterial de leito.

Caracterização da Geometria do Canal: para a caracterização dageometria do canal, é necessário fornecer ao modelo seçõestopobatimétricas. Este espaçamento deve ser refinado nas regiõesmais sensíveis, como é o caso da parte superior dos futurosreservatórios, onde são esperadas as maiores alterações devido àdeposição de sedimentos, ou as regiões de corredeiras e cachoeiras.




Domínio de Modelagem (extensão geográfica do trecho modelado): Otrecho a ser modelado estende-se desde alguns quilômetros a montante do inícioda área de influência do reservatório ou obra de infraestrutura até uma certadistância ou estirão a jusante, de modo a tratar a uma só vez todo trecho do riopotencialmente afetado pela implantação do empreendimento.

Calibração do Modelo: o modelo deverá ser calibrado para reproduziri) as cargas de sedimento medidas em pontos situados na porçãointermediária do trecho modelado ou no seu limite de jusante, ii)qualquer tendência detectada anteriormente de modificação degeometria de leito (evolução de seções topobatimétricas ou mudançada geometria do canal, por exemplo) ou iii) comparação com aevolução de curvas-chave existentes ao longo do trecho modelado.





Resultados do Modelo: a maioria dos modelos fornece a evolução histórica doperfil do leito, afetado pela deposição ou remoção de sedimentos, e a consequenteevolução do perfil da linha d’água. Estes resultados devem ser analisados tendo emvista suas implicações, tais como: incremento dos efeitos de remanso a montante,formação de barras que afetem a navegação nos trechos de deposição, alteração damorfologia de leito e da linha de margens em virtude da erosão provocada pelodesequilíbrio sedimentológico a jusante das barragens, e outros.

Cenários a Serem Simulados: O modelo será rodado, para cada situaçãoanalisada, por um período de 50 anos, por exemplo, de modo a capturar astendências correspondentes ao cenário em análise. Estes cenários devemabranger, pelo menos, a situação atual, sem o empreendimento/estrutura,e as situações futuras, considerando a ordem de implantação da usina ealgumas hipóteses de defasagem na construção.




Análise de Sensibilidade: deverá ser realizada uma análise dasensibilidade dos resultados da modelagem à variação de seus parâmetrose dos dados de entrada. Por exemplo, deverá ser analisado o efeito de umaumento da carga sedimentar da bacia sobre os resultados da modelagem.

Por exemplo, particularmente para a bacia Amazônica:- Como o cambio climático afetará as nascentes e a bacia de drenagem??- Câmbios no regime de precipitações?- Degelo?- Aumento ou diminuição das descargas líquidas e sólidas??



Exemplo de Cronograma de Implementação de Modelos Matemáticos

1 MODELO UNIDIMENSIONAL

1.1 Consolidação dos Dados Hidrossedimentológicos

1.2 Viagem de Inspeção de campo

1.3 Implementação Preliminar da Topologia do Modelo

1.4 Preparação de dados que independem de levantamentos

1.5 Elaboração dos Cenários Para Simulação

1.6 Levantamento de Campo (batimetria, granulometria, etc.) NHC

1.7 Implementação Final do Modelo

1.7.1 Reservatório de montante

1.7.2 Estirão de jusante

1.7.3 Reservatório de Santo Antonio

1.8 Calibração

1.9 Produção de Resultados Preliminares

1.10 Apresentação dos Resultados Para o Projeto NHC

1.11 Recalibração e Verificação

1.12 Produção e Discussão de Resultados Definitivos

1.13 Elaboração de Perfis de Liha d'Água Para os Cenários

1.14 Elaboração do Relatório Final do Modelo Unidimensional

2 MODELO BIDIMENSIONAL (AHE Santo Antonio)

2.1 Seleção do Modelo a Ser Empregado

2.1.1 Seleção dos Modelos

2.1.2 Aquisição dos Modelos

2.2 Geração Inicial da Malha do Modelo de Montante

2.3 Geração Inicial da Malha do Modelo de Jusante

2.4 Levantamento de Campo (batimetria das áreas) NHC

2.5 Definição dos Cenários a Modelar

2.6 Incorporação de Dados Topobatimétricos - Mod Montante

2.7 Incorporação de Dados Topobatimétricos - Mod Jusante NHC

2.8 Calibração dos Modelos


2.10 Elaboração do Relatório com Resultados Preliminares

2.11 Apresentação dos Resultados Para o Projeto



2.14 Proposição de Medidas e Simulação de Resultados

2.15 Elaboração do Relatório Final do Modelo Bidimensional

Realizado

Previsto

ATIVIDADES

2009

J F M J

2010

S O N DM A F

Mês 12 Mês 13Mês 7 Mês 8 Mês 9 Mês 10 Mês 11

J

Mês 6Mês 1 Mês 2 Mês 3 Mês 4 Mês 5

J A



1 MODELO UNIDIMENSIONAL

1.1 Consolidação dos Dados Hidrossedimentológicos

1.2 Viagem de Inspeção de campo

1.3 Implementação Preliminar da Topologia do Modelo

1.4 Preparação de dados que independem de levantamentos

1.5 Elaboração dos Cenários Para Simulação

1.6 Levantamento de Campo (batimetria, granulometria, etc.) NHC

1.7 Implementação Final do Modelo

1.7.1 Reservatório de montante

1.7.2 Estirão de jusante

1.7.3 Reservatório de Santo Antonio

1.8 Calibração


1.10 Apresentação dos Resultados Para o Projeto NHC



1.13 Elaboração de Perfis de Liha d'Água Para os Cenários

1.14 Elaboração do Relatório Final do Modelo Unidimensional

2 MODELO BIDIMENSIONAL (AHE Santo Antonio)

2.1 Seleção do Modelo a Ser Empregado

2.1.1 Seleção dos Modelos

2.1.2 Aquisição dos Modelos

2.2 Geração Inicial da Malha do Modelo de Montante

2.3 Geração Inicial da Malha do Modelo de Jusante

2.4 Levantamento de Campo (batimetria das áreas) NHC

2.5 Definição dos Cenários a Modelar

2.6 Incorporação de Dados Topobatimétricos - Mod Montante

2.7 Incorporação de Dados Topobatimétricos - Mod Jusante NHC

2.8 Calibração dos Modelos


2.10 Elaboração do Relatório com Resultados Preliminares

2.11 Apresentação dos Resultados Para o Projeto



2.14 Proposição de Medidas e Simulação de Resultados

2.15 Elaboração do Relatório Final do Modelo Bidimensional

Realizado

Previsto

ATIVIDADES

2009

J F M J

2010

S O N DM A F

Mês 12 Mês 13Mês 7 Mês 8 Mês 9 Mês 10 Mês 11

J

Mês 6Mês 1 Mês 2 Mês 3 Mês 4 Mês 5

J A

PRINCIPAIS MODELOS SEDIMENTOLÓGICOS 1D ...

HEC-RAS – Hydrologic Engineering Centers River Analysis System / USACE

MIKE 11 – River Modelling

HEC 6 - Scour and Deposition in Rivers and Reservoirs

HEC-6T (versão comercial, com suporte técnico);

SRH-1D - Sedimentation and River Hydraulics – One Dimensional

FLUVIAL 11 / Chang (1984)

SIC - Simulation of Irrigation Canals (CEMAGREF)

CCHE 1D / Vieira & Wu (2002)

MOBED – MObile BED

EFDC1D – Environmental Fluid Dynamic Code

GSTARS – Generalized Sediment Transport for Alluvial River Simulation

IALLUVIAL – Iowa ALLUVIAL



Modelos acoplados 1D – 2D (rio – planície, rio – estuário, eventos de cheia, cheias urbanas (polder), …)

PRINCIPAIS MODELOS SEDIMENTOLÓGICOS 2D/3D ...

DELFT 2D – Delft Hydraulics

DELFT 3D – Delft Hydraulics

MIKE 21C – 2D River Hydraulics and Morphology / Danish Hydraulic Institute

Mike 3 – 3D / Danish Hydraulic Institute

SMS – Surface-Water Modeling System

SisBAHIA - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental

RIVER2D MOR – Two-Dimensional Depht Averaged Model of RiverHydrodynamics and Fish Habitat

MOHID – Three Dimensional Water Modeling System

SSIIM - Sediment Simulation In Intakes with Multiblock Option

GEMSS - Generalized Environmental Modeling System for Surface Waters

CCHE 2D - Two-dimensional Hydrodynamic and Sediment Transport Model ForUnsteady Open Channel Flows Over Loose Bed

CCHE 3D

GSTARS 3



PRINCIPAIS MODELOS SEDIMENTOLÓGICOS 2D/3D ...

SUTRENCH-2D – Suspended sediment transport in TRENCHes

TABS2

MOBED2 – MObile BED

USTARS – Unsteady Sediment Transport for Alluvial River Simulations

FLUVIAL12

SED2D WES

SRH-2D

ECOMSED – Estuarine, Coastal and Ocean Model SEDiment Transport

RMA10 – Resource Management Associates

EFDC 3D – Environmental Fluid Dynamics code

CH3D SED – Computational Hydraulics 3D-SEDiment

TELEMAC



HEC-RAS / Hydrologic Engineering Center - River Analysis System

• O HEC RAS foi desenvolvido pelo U.S. Army Corps of Engineers (USACE) HydrologicEngineering Center (HEC);

• É um modelo hidrodinâmico unidimensional com módulos de cálculo para situaçõesde escoamento permanente ou variado no tempo;

• Possui um módulo de simulação de qualidade de água e um módulo morfodinâmico,de transporte de sedimentos não-coesivos com leito móvel;

• Por ser unidimensional, é adequado à modelagem de sistemas fluviais e, em certoscasos, a modelagem de reservatórios de usinas hidrelétricas. O modelos morfodinâmicopermite a avaliação de alterações morfológicas por períodos de médio a longo prazo, i.e.,meses e anos.

• modelo HEC 6 - Scour and Deposition in Rivers and Reservoirs;• modelo HEC-6T, é uma versão comercial, com suporte técnico do modelo HEC-6.

www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras



• Desenvolvido pelo Bureau of Reclamation e pela Environmental Protection Agency;• Constitui-se em um modelo fluvial para leitos móveis e transporte de sedimentosem rios e canais;• O modelo pode ser usado para simular fluxos estacionários e não estacionáriosassim como transporte de sedimentos coesivos e não coesivos.

• Modelo unidimensional de hidráulica e morfologia fluvial desenvolvido edistribuído pelo DHI-Software;• Este modelo é referência em simulação do nível da água, escoamento, qualidadeda água e transporte de sedimento e processos morfológicos de erosão esedimentação em rios, canais de irrigação, reservatórios e outros corpos d'água;• Pode ser utilizado em aplicações simples de seleção de opções de projeto, comotambém em estudos de grande porte para previsão de modos de operação deestruturas hidráulicas complexas.

SRH-1D - Sedimentation and River Hydraulics – One Dimensional

http://www.dhisoftware.com/Products/WaterResources/MIKE11.aspx

MIKE 11 – River Modelling

http://www.usbr.gov/pmts/sediment/model/srh1d/



DELFT 3D

• As simulações 2D são feitas sobre uma malha de diferenças finitas, quando 3D éconsiderado uma pilha de malhas idênticas com a dimensão vertical discretizada emcoordenadas sigma;

• O módulo morfodinâmico 2D permite a escolha da formula de transporte entre autorestais como: Van Rijn, Engelund-Hansen, Meyer-Peter&Müller, Ashida-Michiue, entre outros;

• Até pouco tempo atrás era um modelo de código fechado (muito caro!), que dificultava aalteração do modelo para adequá-lo as necessidades de um projeto.

http://oss.deltares.nl/web/opendelft3d

• O DELFT3D é um modelo 2D/3D desenvolvido peloslaboratórios DELFT Hydraulics, da TU Delft, DelftUniversity of Technology, Hollanda;

• Pode aplicarse em áreas costeiras, estuarinas e fluviais;

• O modelo realiza simulações hidrodinâmicas,morfodinâmicas, de transporte de sedimentos coesivosou não-coesivos, ondas, de qualidade de água e ecologia;

Comunidade de Código Aberto



• Modelo bidimensional de hidráulica e morfologia fluvial desenvolvido edistribuído pelo DHI Group (Danish Hydraulic Institute);

• Permite simular alterações na forma do leito do rio e das margens,ocasionadas por mudanças de regime fluvial ou pela introdução de estruturasao longo do curso d’água;

MIKE 21C – 2D River Hydraulics and Morphology

http://www.dhisoftware.com/Products/WaterResources/MIKE21C.aspx

• Simula o transporte de sedimentos paraqualquer fração granulométrica, desde materiaisfinos e coesivos até cascalho, empregandodiversas fórmulas de transporte;

• Um inconveniente deste modelo é o elevadocusto de aquisição e da consultoria associada.




• O SisBaHiA® é um sistema profissional de modelos computacionais desenvolvidono Instituto Aberto Luiz Coimbra de Pós Graduação e Pesquisa de Engenharia(COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ);

• Novas versões do SisBaHiA® têm sido continuamente implementadas noCOPPE/UFRJ desde 1987, com ampliações de escopo e aperfeiçoamentos feitosatravés de várias teses de mestrado e doutorado, além de projetos de pesquisa;

• Tem a vantagem de ser um modelo nacional, gratuito e de código aberto, disponívelatravés de cooperação técnica com a COPPETEC.

www.sisbahia.coppe.ufrj.br

•Modelo Hidrodinâmico: modelo de circulação hidrodinâmica 3D/2DH, otimizadopara corpos de água naturais nos quais efeitos baroclínicos sejam pouco importantes.Permite a representação de escoamentos em domínios naturais com geometriacomplexa.



•Modelo de Transporte Euleriano: modelo de transporte advectivo-difusivo com reações cinéticas comsinergia entre diferentes componentes, aplicável a camadas de escoamentos 3D/2DH, que permitesimulações acopladas ou independentes, usado para transporte de substâncias dissolvidas, contaminantes,ou parâmetros de qualidade da água: salinidade, temperatura, OD-DBO, compostos do nitrogênio efósforo;

•Modelo de Transporte Lagrangeano - Determinístico: modelo de transporte advectivo-difusivo com reaçõescinéticas, para camadas selecionadas de escoamentos 3D ou 2DH. Modelo adequado para simular plumasde emissários ou pontos de lançamento de efluentes, derrames de óleo, transporte de detritos flutuantes,determinação de tendências de deriva, estudos de mistura (renovação de massas de água), entre outros;

•Modelo de Transporte Lagrangeano - Probabilístico: acoplado ao modelo anterior, permite obterresultados probabilísticos a partir de N eventos ou de resultados ao longo de um período de tempo T(probabilidade de toque no litoral, probabilidade de passagem de plumas contaminantes);

•Modelo de Geração de Ondas: modelo para geração de ondas por campos de vento permanentes ouvariáveis.

•Módulos de Análise e Previsão de Marés: permite realizar análise harmônica de registros de níveis oucorrentes de maré para determinação das constantes harmônicas. Permite gerar séries temporais de níveisou correntes (previsão).




SisBAHIASistema Base de Hidrodinâmica Ambiental

Batimetria no domínio de modelagem

UHE Estreito – Rio Tocantins (Spiegelberg, 2010)

Padrão de velocidades típico de cheia

Malha no domínio de modelagem



SisBAHIASistema Base de Hidrodinâmica Ambiental





820000 825000 830000 835000 840000 845000 850000 855000 860000 865000 870000

9645000

9650000

9655000

9660000

Manaus

Ilha do Careiro

RioNegro

Coordenada X [m]

Coord

enada Y

[m

]

Profundidade (m)

Emissário do Educandos

Emissário Ponta do Ismael

Jatuarana

-5

5

15

25

35

45

55

65

RioSolimões

820000 825000 830000 835000 840000 845000 850000 855000 860000 865000 870000

9645000

9650000

9655000

9660000

Manaus

Ilha do Careiro

RioNegro

RioSolimões

Coordenada X [m]

Coord

enada Y

[m

]



Jatuarana


820000 825000 830000 835000 840000 845000 850000 855000 860000 865000 870000

9645000

9650000

9655000

9660000

Manaus

Ilha do Careiro

RioNegro

RioSolimões

Coordenada X [m]

Coord

enada Y

[m

]

Escala de velocidades = 1,5 m/s



Jatuarana

820000 825000 830000 835000 840000 845000 850000 855000 860000 865000 870000

Coordenada E-O [m]

96

45

00

09

65

00

00

96

55

00

09

66

00

00

Coord

enada N

-S [m

]

Manaus

Ilha do Careiro

RioNegro

RioSolimões

Projeção UTMEscala de coliformes fecais [NMP/100 ml]



Jatuarana

250

500

1000

5000

10000

50000

100000

500000

Batimetria

Malha

Hidrodinâmica

Educ_PtaIsmael A_Medias Pluma_5m.gif

SMS – Surface-Water Modeling System

• O pacote inclui o modelo hidrodinâmico RMA-2, FESWMS E TUFLOW, além deprogramas de pré (ADH - ADaptive Hydraulics Modeling system) e pós-processamento;

•A interface de sedimentos permite a modelagem de rios e áreas costeiras (RiverFLO-2D /RMA4 / TUFLOW AD / HYDRO AS-2D / PTM - Particle Tracking Model);

• O modelo de transporte de sedimentos SED-2D (já não recebe suporte pelo SMS)permite simular alterações na forma do leito do rio e das margens, ocasionadas pormudanças de regime fluvial ou pela introdução de estruturas ao longo do curso d’água;

• Simula o transporte de sedimentos para qualquer fração granulométrica, desde materiaisfinos até cascalho, empregando diversas fórmulas de transporte;

• A interfase FESWMS/FST2DH, Finite Element Surface Water Modeling Software,desenvolvido pela Federal Highway Administration (EUA), possui um módulohidrodinâmico 2DH, acoplado a um modelo de transporte de sedimentos não-coesivos;

• Modelo em elementos finitos que avalia tendências morfodinâmicas em curto e médioprazo, e representa de forma acoplada o escoamento líquido e sólido.

http://www.aquaveo.com/sms



RIVER2D – Two-Dimensional Depht Averaged Model of RiverHydrodynamics and Fish Habitat

• Modelo desenvolvido pela Universidade de Alberta, Canadá para soluçãodas equações de escoamento superficial em duas dimensões através dométodo dos elementos finitos;• Modelo de escoamento de uso bastante simples e de distribuição gratuita.

http://www.river2d.ualberta.ca/

http://www.pepevasquez.com/research.html

•RIVER2D – MOR (José Vasquez)





https://www.ncche.olemiss.edu/

Modelo CCHE2D-Sed – principais características

National Center for Computational Hydroscience And Engineering

• Conjunto de modelos desenvolvidos pela Universidade de Mississippi;

• Há 30 anos o NCCHE recebe o apoio do USDA Agricultural Research paradesenvolver o estado da arte em modelos hidráulicos e sedimentológicos,

•Modelos 1D, 2D e 3D foram desenvolvidos, verificados, refinados e validados(CCHE Grap. Interface, CCHE Mesh, CCHE2D Coast Model, CCHE2D Flood,CCHE2D-Sed, CCHE2D Flw, CCHE2D_3D WQ, CCHE3D Sed, CCHE3D Flw);

Modelos de distribuição gratuita.

✓ escoamento não-permanente;✓ permite o cálculo com diferentes frações granulométricas;✓ permite o transporte de sedimentos de arraste (condições de não equilibrio); ✓ transporte de sedimentos em suspensão;✓mudanças morfológicas do leito;✓ erosão de margens/taludes (erosão superficial, no pé do talude e deslizamento).



Modelo CCHE3D-Sediment – principais características

✓ transporte de sedimentos de arraste em condições não-permanentes e não-equilibrio sedim.;✓ transporte de sedimentos em suspensão em condições não-permanentes;✓ câmbios na composiçaõ sedimentológica da camada superior do leito;✓ câmbios na elevação do leito devido à erosão e deposição;✓ processos de erosão local (leva em consideração efeitos turbulentos para inicio do movimentonas imediações de pilares).



Estudo de Caso

UHE Santo Antônio (Rio Madeira/RO)

Área de Drenagem UHE (Km²)

988.872,5

Rio Madeira em% Área

Brasil

% Área

Bolívia

% Área

Peru

Porto Velho 18,0 71,1 10,9

Fonte: GeoAmazonas (2006)




Usina a Fio d’Água

Nível d’Água do Reservatório = 70,50-71,30 m

Motorização: 50 unid. tipo Bulbo (Kaplan)

Potência Nominal = 71,6 MWPotência Instalada = 3568,0 MWEnergia Firme Local = 2424,2 MW médios

Queda de referência = 13,9 m

Área do reservat. = 421,5 km2 (calha=142 km2)

Volume do reservatório = 2075,13 hm3




Vertedouro Secundário

STP 1

rotores de 4 e 5 pás, para maximizar a produção energética e aproveitar a grande variação dos níveis d’água do

Rio Madeira (15 m.)

Motorização50 unid. de geração tipo Bulbo (Kaplan)

Casa de Força 1 (GG1) – 8 unid.Casa de Força 2 (GG2) – 12 unid.Casa de Força 3 (GG3) – 12 unid.Casa de Força 4 (GG4) – 8 unid.Casa de Força 5 (GG5) – 10 unid.




Seção Típica do Vertedouro



Seção Típica da Casa de Força



particularidade da casa de força principal, no leito do rio

UHE SANTO ANTÔNIO – RIO MADEIRA



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