Tese de mestrado. Vias de Comunicação. 2006. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto

Tese de mestrado integrado. Engenharia do Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Escoamento hídrico ambiental, em meios superficiais e sub superficiais acoplados, é típico de sistemas de bacias hidrográficas. Neste problema sazonal, o fluxo varia de direção do canal fluvial para o meio poroso, e vice-versa, no tempo. Nesta situação de alternância de direção de fluxo e de acoplamento dos meios de escoamento, poluição e contaminantes podem ser transportados pela água. Lidar com este problema requer o desenvolvimento de um modelo computacional realista para adequadamente simular o escoamento entre estes dois meios e através da superfície de interface. Esta tese aborda esta prévia etapa de projeto. O modelo computacional é robusto em que os resultados numéricos estabilizados superam oscilações fictícias no campo de velocidade, pela abordagem do CAU, em situação de convecção dominante, e controlam, pelo procedimento do SFH, modos espúrios na pressão. O modelo é plenamente acoplado, transiente, em elementos finitos. Soluções numéricas correspondem às da literatura. As soluções obtidas são física e numericamente consistentes. As soluções são convergentes, pela verificação da consistência da formulação numérica e pela estabilização das aproximações polinomiais. Foi verificada a conservação da massa.

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Groundwater studies face computational limitations when providing local detail within regional models. The researchers are concentrated on applying the numerical models to minimize the difference between the physical reality and the implemented numerical model by considering the minimum computational cost. This work consists of the study of line-elements (such as line-doublets, circles, polygons, fractures) using the Analytic Element Method (AEM) for groundwater flow. In this work, we consider the study of two-dimensional groundwater flow in fractured porous media by the Analytic Element Method. We develop a numerical solution based on a series expansion for a problem with more than one fracture. Each fracture has an influence that can be expanded in a series that satisfies Laplaces equation exactly. In the series expansion, the unknown coefficients are obtained from the discharge potentials of all other elements that are related to the expansion coefficients. Sizes, locations and conductivities for all inhomogeneities are selected arbitrarily. This work also discusses a matrix method obtained by imposing the intern boundary conditions for the Analytic Element Method. The convergence analysis of a Gauss-Seidel type iterative method is also discussed. / Estudos de águas subterrâneas enfrentam limitações computacionais ao fornecer detalhes locais em modelos regionais. Os pesquisadores estão concentrados na aplicação dos modelos numéricos para minimizar a diferença entre a realidade física e o modelo numérico implementado considerando o custo computacional mínimo. Este trabalho consiste no estudo de elementos de linha (como line-doublets, círculos, polígonos, fraturas) usando o Método de Elemento Analítico (AEM) para o fluxo de águas subterrâneas. Neste trabalho, consideramos o estudo do fluxo bidimensional de águas subterrâneas em meios porosos fraturados pelo Método dos Elementos Analíticos. Desenvolvemos uma solução numérica baseada em uma expansão em série para um problema com mais de uma fratura. Cada fratura tem uma influência que pode ser expandida em uma série que satisfaça exatamente a equação de Laplace. Na expansão da série, os coeficientes desconhecidos são obtidos a partir dos potenciais de descarga de todos os outros elementos que estão relacionados aos coeficientes de expansão. Tamanhos, locais e condutividades para todas as não-homogeneidades são arbitrariamente selecionados. Este trabalho também discute o método da matriz obtido impondo as condições de contorno do interno para o Método do Elemento Analítico. A análise de convergência de um método iterativo tipo Gauss-Seidel também é discutida.

Groundwater studies face computational limitations when providing local detail within regional models. The researchers are concentrated on applying the numerical models to minimize the difference between the physical reality and the implemented numerical model by considering the minimum computational cost. This work consists of the study of line-elements (such as line-doublets, circles, polygons, fractures) using the Analytic Element Method (AEM) for groundwater flow. In this work, we consider the study of two-dimensional groundwater flow in fractured porous media by the Analytic Element Method. We develop a numerical solution based on a series expansion for a problem with more than one fracture. Each fracture has an influence that can be expanded in a series that satisfies Laplaces equation exactly. In the series expansion, the unknown coefficients are obtained from the discharge potentials of all other elements that are related to the expansion coefficients. Sizes, locations and conductivities for all inhomogeneities are selected arbitrarily. This work also discusses a matrix method obtained by imposing the intern boundary conditions for the Analytic Element Method. The convergence analysis of a Gauss-Seidel type iterative method is also discussed. / Estudos de águas subterrâneas enfrentam limitações computacionais ao fornecer detalhes locais em modelos regionais. Os pesquisadores estão concentrados na aplicação dos modelos numéricos para minimizar a diferença entre a realidade física e o modelo numérico implementado considerando o custo computacional mínimo. Este trabalho consiste no estudo de elementos de linha (como line-doublets, círculos, polígonos, fraturas) usando o Método de Elemento Analítico (AEM) para o fluxo de águas subterrâneas. Neste trabalho, consideramos o estudo do fluxo bidimensional de águas subterrâneas em meios porosos fraturados pelo Método dos Elementos Analíticos. Desenvolvemos uma solução numérica baseada em uma expansão em série para um problema com mais de uma fratura. Cada fratura tem uma influência que pode ser expandida em uma série que satisfaça exatamente a equação de Laplace. Na expansão da série, os coeficientes desconhecidos são obtidos a partir dos potenciais de descarga de todos os outros elementos que estão relacionados aos coeficientes de expansão. Tamanhos, locais e condutividades para todas as não-homogeneidades são arbitrariamente selecionados. Este trabalho também discute o método da matriz obtido impondo as condições de contorno do interno para o Método do Elemento Analítico. A análise de convergência de um método iterativo tipo Gauss-Seidel também é discutida.