Made available in DSpace on 2018-08-01T23:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10128_Dissertação_Lorena_versão_finaldocx.pdf: 11542093 bytes, checksum: 310ed58db13244b29b1ef161a13546dd (MD5) Previous issue date: 2016-07-11 / A análise do transporte de sedimentos suspensos em estuários pode auxiliar no gerenciamento da bacia, bem como servir de apoio a estudos de monitoramento de compostos carreados adsorvidos a esses sedimentos. O estuário do Rio Santa Maria da Vitória compõe parte de um complexo sistema estuarino localizado na região central do estado do Espírito Santo, apresentando o Rio Santa Maria da Vitória como o principal aporte fluvial para o sistema. O ambiente é caracterizado por apresentar extensivas planícies de maré circundando o estuário e por ser um ambiente dominado por micromarés. Possíveis influências das áreas alagáveis no escoamento e no transporte dos sedimentos suspensos ao longo do sistema estuário são investigadas utilizando o modelo computacional SisBaHia®. O modelo computacional reproduziu de forma satisfatória os dados de elevação da superfície da água e razoavelmente os dados de corrente. As planícies de maré apresentaram menores valores de magnitude da velocidade, quando comparada as velocidades do canal adjacente, indiciam essas regiões alagáveis a serem de acumulação. A avaliação do transporte de sedimentos suspensos ao longo do estuário em diferentes regimes fluviais (período de cheia e estiagem) comprovou a influência das planícies de maré na retenção dos sedimentos suspensos transportados pelo Rio Santa Maria da Vitória, principalmente no período de estiagem, onde a menor competência fluvial dificulta o carreamento desse material. Além disso, o presente estudo confirmou que a cabeceira da Baía de Vitória é dominada por sedimentos de origem fluvial e que a presença das planícies de maré influência de forma significativa na geomorfologia do sistema.

A variação temporal e espacial da ecologia de lagos, estuários e reservatórios está relacionada com a variação na composição da população de fitoplâncton, já que esta comunidade é a base da cadeia alimentar marinha e lacustre. Esta pesquisa desenvolveu um modelo para estimativa da dinâmica de biomassa de fitoplâncton, considerando os mecanismos de transporte no meio aquático, crescimento e perdas de sua biomassa. O modelo possui três módulos: (a) hidrodinâmico, que trata dos fluxos quantitativos do meio, associado a um algoritmo de secagem/inundação; (b) de transporte, que trata dos mecanismos de transporte das substâncias no meio; e (c) biológico, que retrata os mecanismos biológicos relacionados ao fitoplâncton. O módulo hidrodinâmico foi resolvido por um esquema semi-implícito de diferenças finitas, com uma abordagem mista Euleriana-Lagrangiana para os termos advectivos. Para os módulos restantes foi utilizado um esquema mais simples, de diferenças centrais. O modelo foi aplicado no sistema formado pela Lagoa Mangueira e Banhado do Taim localizado na parte sul costeira do estado do Rio Grande do Sul. Este sistema está inserido no Sistema Hidrológico do Taim como unidade de conservação federal, onde se desenvolve o projeto PELD (Pesquisas Ecológicas de Longa Duração). A hidrodinâmica do sistema foi ajustada e verificada apresentando bons resultados. Testes de secagem e inundação mostraram que as tendências esperadas foram obtidas. O aprimoramento da solução numérica do modelo foi comprovado através de testes de preservação de volume e massa em sistemas conservativos. A análise de sensibilidade dos parâmetros do módulo biológico mostrou que os parâmetros para os quais o modelo é mais sensível a alterações são aqueles relacionados aos efeitos de temperatura nas algas e as perdas por respiração e consumo por zooplâncton. Os cenários de análise propostos proporcionaram uma maior compreensão do transporte do material particulado suspenso e do material escalar genérico, assim como a dinâmica e as florações de algas no sistema em condições físicas e meteorológicas reais.

A variação temporal e espacial da ecologia de lagos, estuários e reservatórios está relacionada com a variação na composição da população de fitoplâncton, já que esta comunidade é a base da cadeia alimentar marinha e lacustre. Esta pesquisa desenvolveu um modelo para estimativa da dinâmica de biomassa de fitoplâncton, considerando os mecanismos de transporte no meio aquático, crescimento e perdas de sua biomassa. O modelo possui três módulos: (a) hidrodinâmico, que trata dos fluxos quantitativos do meio, associado a um algoritmo de secagem/inundação; (b) de transporte, que trata dos mecanismos de transporte das substâncias no meio; e (c) biológico, que retrata os mecanismos biológicos relacionados ao fitoplâncton. O módulo hidrodinâmico foi resolvido por um esquema semi-implícito de diferenças finitas, com uma abordagem mista Euleriana-Lagrangiana para os termos advectivos. Para os módulos restantes foi utilizado um esquema mais simples, de diferenças centrais. O modelo foi aplicado no sistema formado pela Lagoa Mangueira e Banhado do Taim localizado na parte sul costeira do estado do Rio Grande do Sul. Este sistema está inserido no Sistema Hidrológico do Taim como unidade de conservação federal, onde se desenvolve o projeto PELD (Pesquisas Ecológicas de Longa Duração). A hidrodinâmica do sistema foi ajustada e verificada apresentando bons resultados. Testes de secagem e inundação mostraram que as tendências esperadas foram obtidas. O aprimoramento da solução numérica do modelo foi comprovado através de testes de preservação de volume e massa em sistemas conservativos. A análise de sensibilidade dos parâmetros do módulo biológico mostrou que os parâmetros para os quais o modelo é mais sensível a alterações são aqueles relacionados aos efeitos de temperatura nas algas e as perdas por respiração e consumo por zooplâncton. Os cenários de análise propostos proporcionaram uma maior compreensão do transporte do material particulado suspenso e do material escalar genérico, assim como a dinâmica e as florações de algas no sistema em condições físicas e meteorológicas reais.

A variação temporal e espacial da ecologia de lagos, estuários e reservatórios está relacionada com a variação na composição da população de fitoplâncton, já que esta comunidade é a base da cadeia alimentar marinha e lacustre. Esta pesquisa desenvolveu um modelo para estimativa da dinâmica de biomassa de fitoplâncton, considerando os mecanismos de transporte no meio aquático, crescimento e perdas de sua biomassa. O modelo possui três módulos: (a) hidrodinâmico, que trata dos fluxos quantitativos do meio, associado a um algoritmo de secagem/inundação; (b) de transporte, que trata dos mecanismos de transporte das substâncias no meio; e (c) biológico, que retrata os mecanismos biológicos relacionados ao fitoplâncton. O módulo hidrodinâmico foi resolvido por um esquema semi-implícito de diferenças finitas, com uma abordagem mista Euleriana-Lagrangiana para os termos advectivos. Para os módulos restantes foi utilizado um esquema mais simples, de diferenças centrais. O modelo foi aplicado no sistema formado pela Lagoa Mangueira e Banhado do Taim localizado na parte sul costeira do estado do Rio Grande do Sul. Este sistema está inserido no Sistema Hidrológico do Taim como unidade de conservação federal, onde se desenvolve o projeto PELD (Pesquisas Ecológicas de Longa Duração). A hidrodinâmica do sistema foi ajustada e verificada apresentando bons resultados. Testes de secagem e inundação mostraram que as tendências esperadas foram obtidas. O aprimoramento da solução numérica do modelo foi comprovado através de testes de preservação de volume e massa em sistemas conservativos. A análise de sensibilidade dos parâmetros do módulo biológico mostrou que os parâmetros para os quais o modelo é mais sensível a alterações são aqueles relacionados aos efeitos de temperatura nas algas e as perdas por respiração e consumo por zooplâncton. Os cenários de análise propostos proporcionaram uma maior compreensão do transporte do material particulado suspenso e do material escalar genérico, assim como a dinâmica e as florações de algas no sistema em condições físicas e meteorológicas reais.

Este estudo visa à descrição pontual do comportamento hidrodinâmico do estuário do Rio Mearim, analisando os padrões de corrente de maré, do registro de marés e das possíveis relações entre eles. Durante novembro e dezembro de 2012 um ADCP foi fundeado no canal do estuário, onde coletou dados por 31 dias. Os dados foram qualificados e processados para futura análise e inter-relações. Foi observado que a coluna de água estuarina no ponto de medição move-se como uma coluna de água homogênea com fluxo bidirecional no eixo NE-SW. As medições ocorreram no período de baixo índice de pluviosidade. O espectro de energia de velocidade de correntes indicou contribuições parciais dos harmônicos M2, M4, M6 e M8 no padrão de correntes encontrados. Defasagens no tempo entre os picos de máxima velocidade de corrente durante enchente e vazante mostraram a dominância do processo de maré vazante sobre a enchente no estuário. A análise integrada apresentada permitiu uma melhor compreensão no entendimento do comportamento das correntes forçadas pela maré, as chamadas correntes de maré, no estuário do Rio Mearim. / This study aim to describe the punctual hydrodynamic behavior of Mearim River estuary, analyzing the pattern of the tidal current, the tidal data and possible relationship between them. During 2012 november and december an ADCP was deployed in the estuary channel, where it collected data for 31 days. The data were qualified and processed for further analysis and inter-comparisons. It was observed the estuarine water column in the point of deployment moved as a homogeneous water column with bidirectional flux in axis NE-SW. The deployment was made in a period of low pluviosity index. The energy spectrum of current velocity indicated partial contribution of harmonics M2, M4, M6 e M8 in the current pattern found. Delays between the maximum velocity during flood and ebb conditions, showed the dominance of the edd process over the flood in the estuary. An analysis integrated presented on this paper allowed a better understanding of the behavior of the current forced by tides, called the tidal current in the Mearim River estuary.

Este estudo visa à descrição pontual do comportamento hidrodinâmico do estuário do Rio Mearim, analisando os padrões de corrente de maré, do registro de marés e das possíveis relações entre eles. Durante novembro e dezembro de 2012 um ADCP foi fundeado no canal do estuário, onde coletou dados por 31 dias. Os dados foram qualificados e processados para futura análise e inter-relações. Foi observado que a coluna de água estuarina no ponto de medição move-se como uma coluna de água homogênea com fluxo bidirecional no eixo NE-SW. As medições ocorreram no período de baixo índice de pluviosidade. O espectro de energia de velocidade de correntes indicou contribuições parciais dos harmônicos M2, M4, M6 e M8 no padrão de correntes encontrados. Defasagens no tempo entre os picos de máxima velocidade de corrente durante enchente e vazante mostraram a dominância do processo de maré vazante sobre a enchente no estuário. A análise integrada apresentada permitiu uma melhor compreensão no entendimento do comportamento das correntes forçadas pela maré, as chamadas correntes de maré, no estuário do Rio Mearim. / This study aim to describe the punctual hydrodynamic behavior of Mearim River estuary, analyzing the pattern of the tidal current, the tidal data and possible relationship between them. During 2012 november and december an ADCP was deployed in the estuary channel, where it collected data for 31 days. The data were qualified and processed for further analysis and inter-comparisons. It was observed the estuarine water column in the point of deployment moved as a homogeneous water column with bidirectional flux in axis NE-SW. The deployment was made in a period of low pluviosity index. The energy spectrum of current velocity indicated partial contribution of harmonics M2, M4, M6 e M8 in the current pattern found. Delays between the maximum velocity during flood and ebb conditions, showed the dominance of the edd process over the flood in the estuary. An analysis integrated presented on this paper allowed a better understanding of the behavior of the current forced by tides, called the tidal current in the Mearim River estuary.

Este estudo visa à descrição pontual do comportamento hidrodinâmico do estuário do Rio Mearim, analisando os padrões de corrente de maré, do registro de marés e das possíveis relações entre eles. Durante novembro e dezembro de 2012 um ADCP foi fundeado no canal do estuário, onde coletou dados por 31 dias. Os dados foram qualificados e processados para futura análise e inter-relações. Foi observado que a coluna de água estuarina no ponto de medição move-se como uma coluna de água homogênea com fluxo bidirecional no eixo NE-SW. As medições ocorreram no período de baixo índice de pluviosidade. O espectro de energia de velocidade de correntes indicou contribuições parciais dos harmônicos M2, M4, M6 e M8 no padrão de correntes encontrados. Defasagens no tempo entre os picos de máxima velocidade de corrente durante enchente e vazante mostraram a dominância do processo de maré vazante sobre a enchente no estuário. A análise integrada apresentada permitiu uma melhor compreensão no entendimento do comportamento das correntes forçadas pela maré, as chamadas correntes de maré, no estuário do Rio Mearim. / This study aim to describe the punctual hydrodynamic behavior of Mearim River estuary, analyzing the pattern of the tidal current, the tidal data and possible relationship between them. During 2012 november and december an ADCP was deployed in the estuary channel, where it collected data for 31 days. The data were qualified and processed for further analysis and inter-comparisons. It was observed the estuarine water column in the point of deployment moved as a homogeneous water column with bidirectional flux in axis NE-SW. The deployment was made in a period of low pluviosity index. The energy spectrum of current velocity indicated partial contribution of harmonics M2, M4, M6 e M8 in the current pattern found. Delays between the maximum velocity during flood and ebb conditions, showed the dominance of the edd process over the flood in the estuary. An analysis integrated presented on this paper allowed a better understanding of the behavior of the current forced by tides, called the tidal current in the Mearim River estuary.

Devido à proximidade de grandes cidades, ecossistemas aquáticos são alvos de despejos industriais, esgotos domésticos e resíduos sólidos. Modelos matemáticos são largamente utilizados para entender os padrões de fluxo e o transporte de substâncias nestes ecossistemas. Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo hidrodinâmico e de transporte de poluentes bidimensional para corpos d’água rasos que utiliza grades não estruturadas. O modelo foi desenvolvido em dois módulos: hidrodinâmico e de transporte de massa. O módulo hidrodinâmico utiliza as equações completas de Saint Venant para quantificação da circulação em corpos d’águas. No módulo hidrodinâmico aqui desenvolvido é feito um aperfeiçoamento de um esquema semi-implícito de diferenças finitas utilizado no modelo IPH-ECO para um esquema semi-implícito de volumes finitos. O módulo de transporte de massa, por sua vez, representa o transporte de um escalar conservativo sob influência dos processos físicos do meio. Dois esquemas foram empregados e comparados para a solução numérica da equação de transporte: um esquema de diferenças centrais e um esquema com limitador de fluxo. O modelo foi aplicado em um estudo de caso simplificado formado por uma lagoa circular e no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico foi avaliado através de testes de conservação de volume feitos comparando com os resultados encontrados nno modelo IPHECO na aplicação realizada na lagoa circular e na solução analítica no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico do modelo de grades não estruturadas (IPH-UnTRIM2D) mostrou-se mais conservativo que o modelo IPH-ECO em todos os cenários simulados na lagoa circular. A solução hidrodinâmica e de transporte do modelo de grades não estruturadas no estudo de caso idealizado no rio Guaíba representou meandros, sulcos, estreitamentos e alargamentos de canais com comprometimento com uma situação real. Quanto à simulação de transporte de escalares e poluentes, foi comprovada a eficiência do esquema com limitador de fluxo sobre os esquemas de diferenças centrais. Os testes de conservação de massa para diferentes cenários no rio Guaíba indicaram erros pouco significativos em ambos os esquemas quando comparados com a ordem de grandeza do ecossistema. / Aquatics ecossistems around large towns are always exposed waste domestic and industrial and solid residues. Mathematical models are widely used to understand flow patterns and transport of mass in these ecosystems. In this work a model was developed on unstructured two-dimensional complex dynamic model for shallow lakes. The model was divided in two modules: (a) hydrodynamic module, describing quantitative flows and water level; (b) a mass transport module. The hydrodynamic module solves Saint Venant equations to quantify water circulation in a water body. Futhermore, the hydrodynamic module was improved to semiimplicit finite volume scheme. The mass transport module represents transport of a conservative scalar under the physical processes influence. Two schemes were used and compared to the transport equation numerical solution : a central difference scheme and a flux limiter scheme. The model was applied in the circular lake and river Guaíba. The hydrodynamic module was validated by evaluating tests of volume conservation made comparing with results of the model IPH-ECO and analytical solution. It proved to be more conservative than the model IPH-ECO in all scenarios simulated in the circular lake. The hydrodynamic and transport solution in river Guaíba study case represented bends, grooves, and channels widening and narrowing. In the transport simulation, the flux limiter scheme was more efficient than central differences scheme. Futhermore, mass conservation tests for different scenarios in Guaíba indicated minor errors in both schemes when compared with ecosystem magnitude.

Devido à proximidade de grandes cidades, ecossistemas aquáticos são alvos de despejos industriais, esgotos domésticos e resíduos sólidos. Modelos matemáticos são largamente utilizados para entender os padrões de fluxo e o transporte de substâncias nestes ecossistemas. Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo hidrodinâmico e de transporte de poluentes bidimensional para corpos d’água rasos que utiliza grades não estruturadas. O modelo foi desenvolvido em dois módulos: hidrodinâmico e de transporte de massa. O módulo hidrodinâmico utiliza as equações completas de Saint Venant para quantificação da circulação em corpos d’águas. No módulo hidrodinâmico aqui desenvolvido é feito um aperfeiçoamento de um esquema semi-implícito de diferenças finitas utilizado no modelo IPH-ECO para um esquema semi-implícito de volumes finitos. O módulo de transporte de massa, por sua vez, representa o transporte de um escalar conservativo sob influência dos processos físicos do meio. Dois esquemas foram empregados e comparados para a solução numérica da equação de transporte: um esquema de diferenças centrais e um esquema com limitador de fluxo. O modelo foi aplicado em um estudo de caso simplificado formado por uma lagoa circular e no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico foi avaliado através de testes de conservação de volume feitos comparando com os resultados encontrados nno modelo IPHECO na aplicação realizada na lagoa circular e na solução analítica no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico do modelo de grades não estruturadas (IPH-UnTRIM2D) mostrou-se mais conservativo que o modelo IPH-ECO em todos os cenários simulados na lagoa circular. A solução hidrodinâmica e de transporte do modelo de grades não estruturadas no estudo de caso idealizado no rio Guaíba representou meandros, sulcos, estreitamentos e alargamentos de canais com comprometimento com uma situação real. Quanto à simulação de transporte de escalares e poluentes, foi comprovada a eficiência do esquema com limitador de fluxo sobre os esquemas de diferenças centrais. Os testes de conservação de massa para diferentes cenários no rio Guaíba indicaram erros pouco significativos em ambos os esquemas quando comparados com a ordem de grandeza do ecossistema. / Aquatics ecossistems around large towns are always exposed waste domestic and industrial and solid residues. Mathematical models are widely used to understand flow patterns and transport of mass in these ecosystems. In this work a model was developed on unstructured two-dimensional complex dynamic model for shallow lakes. The model was divided in two modules: (a) hydrodynamic module, describing quantitative flows and water level; (b) a mass transport module. The hydrodynamic module solves Saint Venant equations to quantify water circulation in a water body. Futhermore, the hydrodynamic module was improved to semiimplicit finite volume scheme. The mass transport module represents transport of a conservative scalar under the physical processes influence. Two schemes were used and compared to the transport equation numerical solution : a central difference scheme and a flux limiter scheme. The model was applied in the circular lake and river Guaíba. The hydrodynamic module was validated by evaluating tests of volume conservation made comparing with results of the model IPH-ECO and analytical solution. It proved to be more conservative than the model IPH-ECO in all scenarios simulated in the circular lake. The hydrodynamic and transport solution in river Guaíba study case represented bends, grooves, and channels widening and narrowing. In the transport simulation, the flux limiter scheme was more efficient than central differences scheme. Futhermore, mass conservation tests for different scenarios in Guaíba indicated minor errors in both schemes when compared with ecosystem magnitude.

Devido à proximidade de grandes cidades, ecossistemas aquáticos são alvos de despejos industriais, esgotos domésticos e resíduos sólidos. Modelos matemáticos são largamente utilizados para entender os padrões de fluxo e o transporte de substâncias nestes ecossistemas. Neste trabalho, desenvolveu-se um modelo hidrodinâmico e de transporte de poluentes bidimensional para corpos d’água rasos que utiliza grades não estruturadas. O modelo foi desenvolvido em dois módulos: hidrodinâmico e de transporte de massa. O módulo hidrodinâmico utiliza as equações completas de Saint Venant para quantificação da circulação em corpos d’águas. No módulo hidrodinâmico aqui desenvolvido é feito um aperfeiçoamento de um esquema semi-implícito de diferenças finitas utilizado no modelo IPH-ECO para um esquema semi-implícito de volumes finitos. O módulo de transporte de massa, por sua vez, representa o transporte de um escalar conservativo sob influência dos processos físicos do meio. Dois esquemas foram empregados e comparados para a solução numérica da equação de transporte: um esquema de diferenças centrais e um esquema com limitador de fluxo. O modelo foi aplicado em um estudo de caso simplificado formado por uma lagoa circular e no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico foi avaliado através de testes de conservação de volume feitos comparando com os resultados encontrados nno modelo IPHECO na aplicação realizada na lagoa circular e na solução analítica no rio Guaíba. O módulo hidrodinâmico do modelo de grades não estruturadas (IPH-UnTRIM2D) mostrou-se mais conservativo que o modelo IPH-ECO em todos os cenários simulados na lagoa circular. A solução hidrodinâmica e de transporte do modelo de grades não estruturadas no estudo de caso idealizado no rio Guaíba representou meandros, sulcos, estreitamentos e alargamentos de canais com comprometimento com uma situação real. Quanto à simulação de transporte de escalares e poluentes, foi comprovada a eficiência do esquema com limitador de fluxo sobre os esquemas de diferenças centrais. Os testes de conservação de massa para diferentes cenários no rio Guaíba indicaram erros pouco significativos em ambos os esquemas quando comparados com a ordem de grandeza do ecossistema. / Aquatics ecossistems around large towns are always exposed waste domestic and industrial and solid residues. Mathematical models are widely used to understand flow patterns and transport of mass in these ecosystems. In this work a model was developed on unstructured two-dimensional complex dynamic model for shallow lakes. The model was divided in two modules: (a) hydrodynamic module, describing quantitative flows and water level; (b) a mass transport module. The hydrodynamic module solves Saint Venant equations to quantify water circulation in a water body. Futhermore, the hydrodynamic module was improved to semiimplicit finite volume scheme. The mass transport module represents transport of a conservative scalar under the physical processes influence. Two schemes were used and compared to the transport equation numerical solution : a central difference scheme and a flux limiter scheme. The model was applied in the circular lake and river Guaíba. The hydrodynamic module was validated by evaluating tests of volume conservation made comparing with results of the model IPH-ECO and analytical solution. It proved to be more conservative than the model IPH-ECO in all scenarios simulated in the circular lake. The hydrodynamic and transport solution in river Guaíba study case represented bends, grooves, and channels widening and narrowing. In the transport simulation, the flux limiter scheme was more efficient than central differences scheme. Futhermore, mass conservation tests for different scenarios in Guaíba indicated minor errors in both schemes when compared with ecosystem magnitude.