Estuaries are highly dynamic systems, subject to continuous morphological change, which results from complex interactions and feedbacks between the hydrodynamic processes, sediment transport processes and the ecology. The prediction of morphological change in estuaries is therefore difficult but is necessary to help protect a range of human interests and estuarine ecosystems. Existing methods use detailed process modelling (Bottom-Up methods) or rely on data analysis and the development simple equilibrium relationships (Top-Down methods). Bottom-Up methods are able to make accurate predictions of change over short timescales but suffer from long simulation times and an accumulation of errors when applied over medium and long timescales, while Top-Down methods are better suited for predicting long term trends in morphological behaviour. A need currently exists for new, improved methods to predict changes occurring over medium timescales (one year to several decades). This thesis presents a new, Cellular Automata based, estuarine morphodynamic model, which divides the estuary into an array of cells and uses simplified representations of the hydrodynamic and sediment transport processes together with empirical rules to represent salt marsh ecology. The model has been developed to focus on high level interaction and feedback effects between these processes in order to identify potential medium term morphological changes that may occur in response to environmental change or engineering works. The model has been tested using a series of sensitivity tests and idealised test scenarios for a simple generic estuary and was found to have successfully generated qualitatively realistic results. The model is robust and computationally very efficient. Further work is now needed to calibrate and verify the model using datasets from real estuaries. Future improvements may also include the addition of ocean waves, littoral wave driven sand transport and improvements to the methodology in order to further enhance the computational efficiency.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar e comparar dois sistemas de aplicação de agrotóxicos em citros visando à redução do volume de aplicação com base no estudo da quantidade de produto que permanece no alvo (deposição) e análise das gotas. Na citricultura utilizam-se altos volumes de aplicação (de 2000 a 5000 L.ha-1) para o controle de pragas e doenças incrementando os custos operacionais, por esse motivo, atualmente vem-se desenvolvendo diversos sistemas de aplicação com tecnologia sofisticada visando diminuir esses volumes para 200 ou 500 L.ha-1 mas permitindo que a quantidade de produto depositado no alvo seja eficaz no controle de pragas e doenças. Procuramos avaliar dois sistemas de aplicação de agrotóxicos com um pulverizador de jato transportado. Os sistemas de aplicação utilizaram os atomizadores rotativos de discos e os bicos hidráulicos para efeito comparativo do desempenho. Foi realizada uma pulverização em duas passadas para cada sistema sobre uma amostra de quatro árvores. Utilizaram-se papéis hidrosensíveis, folhas e placas de vidro para a coleta dos dados. Para a análise da gota utilizou-se o software de leitura visual e-Sprinkle e a análise de deposição foi realizada com cromatografia gasosa e cromatografia de permeação em gel. Concluiu-se que o sistema de aplicação com atomizadores rotativos mostrou resultados favoráveis de deposição quando comparado com o sistema de aplicação com bicos hidráulicos, uma vez que esses resultados não foram significativamente diferentes. O que resulta bastante importante é que o sistema de aplicação com atomizadores rotativos utilizou um quinto do volume de aplicação quando comparado ao sistema com bicos hidráulicos, pelo que se deve considerar de vital importância o aspecto econômico para trabalhos complementares. / The aim of the work was to evaluate and compare two application spray systems of pesticides in citrus, aiming the reduction of the application volume rate in based in the amount of product that remains in the target (spray deposition) and distribution of the drops. Actually in the citrus orchard high application volumes rates for the pest control are used increasing the operational costs. The application system must be based in sophisticated technology to reduce the application volumes rates and also be efficient in the pest control. For such we evaluated two pesticides application systems with an air carrier sprayer. The application systems used were the rotary discs atomizers and the hydraulic nozzles, to compare the performance based in the applied volume rates, spray deposition and droplets distribution. A spraying run for each system was performed on a random sample of four trees for each system, water-sensitive papers, leaves and glass slides had been used for data collection. The water-sensitive papers were analyzed with visual imaging software (e-Sprinkle) and the spray deposition was analyzed with gas chromatography and gel permeation chromatography. The application system with rotary discs atomizers used reduced application volumes rates and had less deposit than hydraulic nozzles but did not significantly differents. Those results were important because the application system with rotary discs atomizers only used fifth of the application volume rate compared with hydraulic nozzles, must be consider of vital importance the economical aspect to complementary works.

Esta dissertação trata da hidráulica da queda livre em canal de seção retangular. A análise bibliográfica do tema está calcada nos trabalhos pioneiros, nos clássicos e nos recentes. Com base nos princípios da Física: Conservação de Massa, Quantidade de Movimento, e Primeira Lei da Termodinâmica, foi desenvolvido um modelo matemático para a queda livre. O modelo proposto, após ser analisado do ponto de vista de sua consistência, foi validado em comparações com resultados fornecidos por outros pesquisadores, geralmente com modelos empíricos (ou semi-empíricos), ajustados a dados experimentais. Os resultados obtidos pelo modelo matemático proposto nesta dissertação, correspondem a boas estimativas das grandezas envolvidas nos escoamentos em queda livre, o que credencia o modelo proposto como uma ferramenta apropriada para projetos em engenharia hidráulica, principalmente quando se tem em conta que a queda livre é o mecanismo de dissipação mais presente na natureza. / This study addresses free fall hydraulics in rectangular channel section. References were based on not only earlier studies, but also on classical and most recent ones. Based on principles of Physics, such as mass conservation, momentum and the First Law of Thermodynamics, a mathematical model has been developed as an example of free fall hydraulic. After extensive consistency analyses the proposed model has been validated by comparing different results furnished by other researchers, generally based on empirical or semiempirical treatment adjusted to experimental data. Results obtained from the mathematical model proposed here correspond to good estimates of greatnesses involved in the free overfall and that turns the proposed model into an adequate tool for Hydraulic Engineering projects, especially when we all know free overfall is the most common dissipation mechanism in Nature.

Neste trabalho é apresentada a análise do transitório hidráulico com a tensão de cisalhamento na parede do conduto forçado, tendo sido modelada por gradiente harmônico de pressão. É apresentada, também, a comparação dos resultados obtidos com a aplicação do método numérico de MacCormack com a utilização de fator de atrito em relação aos obtidos através da utilização de MacCormack com a introdução da tensão de cisalhamento modelada por gradiente harmônico de pressão, na análise de transitórios hidráulicos em condutos forçados. / This work presents the analysis of the Hydraulic Transient with wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient. Appears also to compare results obtained with the application of the MacCormack numerical method with the use of friction factor with respect to those obtained through use of MacCormack with the introduction of wall shear stress on the pressurized flow modeled by harmonic Pressure Gradient in the analysis of hydraulic transients.

Este trabalho se propõe a apresentar uma nova solução para o problema da dissolução de ar em reservatório hidropneumático. No capítulo introdutório são apresentadas informações e características sobre reservatório hidropneumático, sobretudo relacionadas ao seu funcionamento. Neste capítulo comenta-se sobre as principais soluções utilizadas para superar o problema da dissolução de ar. No segundo capítulo enumeram-se com detalhes os objetivos do trabalho. Na revisão da literatura são apresentadas diversas referências, relativas aos estudos do regime transitório e do comportamento do reservatório hidropneumático. No capítulo seguinte apresenta-se com detalhes a nova solução, que é o tema central desta tese. No capítulo 5 é feito o desenvolvimento do modelo matemático de cálculo de transitório, empregando o método das características, e estabelecendo as condições de contorno associadas a um reservatório hidropneumático convencional. No capítulo 6, estuda-se o fenômeno da dissolução de ar num reservatório hidropneumático. Através da elaboração de um equacionamento teórico e exemplos ilustrativos, a intenção é obter as equações que traduzam o mais próximo possível o que efetivamente ocorre dentro do reservatório em termos de transferência de massa de ar. O desenvolvimento dos capítulos 5 e 6 é importante, pois estabelecem as equações referentes a um reservatório hidropneumático convencional, que servirão de base para o desenvolvimento das equações correspondentes a um reservatório empregando a nova solução proposta. Isto é feito no capítulo 7. O capítulo 8 é referente aos testes realizados, onde são apresentados os resultados e as análises dos mesmos. Finalmente, entre muitas conclusões obtidas, há a clara constatação de que a solução proposta é viável, mas que, porém, o assunto não se esgotou, de forma que são feitas recomendações para trabalhos futuros. / This work proposes to present a new solution for the problem of the air dissolution in hydropneumatic reservoir. In the introductory chapter are presented information and characteristics about hydropneumatic reservoir, mainly the ones related to his operation. In this chapter it is commented about the main solutions used to overcome the problem of the air dissolution. In the second chapter the objectives of this work are presented. In the literature review several references are presented related to the studies of transitory regime and of the behavior of the hydropneumatic reservoir. In the following chapter it is presented with details the new solution, that is the central theme of this thesis. In chapter 5 the development of a mathematical model for calculation of transitory was made using the method of the characteristics, establishing the boundary conditions associated to a conventional hydropneumatic reservoir. In the chapter 6, the air dissolution phenomenon in a hydropneumatic reservoir is studied. Through the elaboration of theoretical equations and illustrative examples, the intention is to obtain the equations that translate the closest possible what occurs inside of the reservoir in terms of mass transfer of air. The development of the chapters 5 and 6 is important, because they establish the referring equations to a conventional hydropneumatic reservoir, which will serve as base for the development of equations corresponding to a reservoir using the new proposed solution. That is done in the chapter 7. Chapter 8 regards the tests accomplished, where the results and analyses of the same ones are presented. Finally, among many obtained conclusions, there is the clear verification that the proposed solution is viable, but that, however, the subject didn\'t become exhausted, so that there are made recommendations for future works.

O aquecimento global e conseqüente elevação do nível médio do mar constituem-se num desafio para a manutenção e o projeto das estruturas marítimas nas próximas décadas. Tanto as mudanças climáticas globais, quanto o fato das tempestades extremas estarem sofrendo substanciais alterações, têm profundas conseqüências para a sociedade, bem como para o meio ambiente. O trabalho teve como objetivo apresentar e discutir esses aspectos climáticos e analisar os paradigmas para os projetos de obras marítimas, como as defesas costeiras e obras de estabilização para manter ou reconstruir os sistemas naturais (falésias, dunas, terras úmidas, praias), ou para proteger as construções e infra-estruturas costeiras (áreas urbanas, acessos de ligação, rodovias). Para isso, analisou-se o estudo de caso sobre a ocorrência de erosão costeira na Praia de Massaguaçu, cidade de Caraguatatuba no Estado de São Paulo, avaliando os projetos e obras realizados para o local, considerando as recomendações das políticas públicas existentes em nível internacional. Dessa forma, o trabalho foi concluído, apresentando as possíveis soluções para o problema de erosão ocorrido em uma região costeira, face à elevação relativa do nível médio do mar. / Global warming and the consequent increase of the mean sea level rise will be a challenge to the maintenance and development of offshore structures in the coming decades. Both global climate change and the fact that the extreme storms are experiencing substantial changes have profound consequences for the society and the environment. The study aimed to present and discuss these issues and analyze the climatic paradigms for offshore projects such as coastal defenses and the stabilization works to maintain or rebuild the natural systems (cliffs, dunes, wetland, beaches), or to protect buildings and coastal infrastructure (urban areas, access for connections, roads). To this end, it was analyzed the case study on the occurrence of coastal erosion on the beach of Massaguaçu, Caraguatatuba city in São Paulo State, the projects and works undertaken for the site were evaluated, considering the recommendations of the existing policies at the international level. Thus, the study was concluded, with the possible solutions to the problem of erosion occurred in a coastal region, given the increase on the mean sea level rise.

A aplicação de modelagem numérica para análise acidentes envolvendo derrames de óleo se tornou uma das principais ferramentas para o estudo deste tipo de impacto ambiental, auxiliando na previsão do deslocamento e permitindo maior eficácia nas formas de atuação nos processos de contingência do deslocamento da mancha. Estes pressupostos dão impulso ao desenvolvimento de pesquisa aplicada neste caso específico de estudo, ou seja, de modelação hidrodinâmica no Canal de São Sebastião em vários cenários através da utilização do módulo hidrodinâmico do software MIKE 21 da DHI, e da avaliação dos resultados gerados pela simulação através de comparação com o acompanhamento de eventos reais de espalhamento de manchas de óleo em acidentes antigos e com uma imagem de satélite simultânea a um derramamento. Foram avaliados sete eventos distintos onde ocorreram vazamentos de óleo no Canal de São Sebastião e a eles comparados às simulações hidrodinâmicas geradas pelo modelo em diferentes condições ambientais. Os resultados obtidos mostram que o deslocamento da mancha de óleo está condicionado preferencialmente pelo regime de ventos, estando bem correlacionados com os padrões hidrodinâmicos encontrados. A partir das diferentes situações apresentadas nas simulações, é possível estimar o sentido do deslocamento em acidentes futuros, dando subsídios nas ações de contenção dos efeitos deste tipo de acidente. / The application of numeric models for analysis of oil spill in the coastal environments becomes one of the most important ways to understand the behavior of the oil in this case of impact, giving subsides to the prediction of the displacement of the patches and allowing best efficiency in the control of the extension of the impact agent. These assumptions give thrust to the development of applied research in this work, which is defined by the knowledge of the different hydrodynamic conditions that compose the oceanographic structure in the São Sebastião Channel, by the utilization of the software MIKE 21 of the DHI (Danish Hydrodynamic Institute) and the comparison with historic cases of spill described in the literature. A satellite image was processed showing the real conditions of the spill, considering the physic-chemical changes and compared with the other data improve the evaluation process. Seven oil spills were studied and compared to the simulations, and there were generated six scenarios in different environmental conditions. The results show that the most important forcing of the environmental conditions of the oil patch is the wind, and the simulations agree well with the real processes. The hydrodynamic module of Mike 21 reveals an applicable tool for this kind of studies, giving sufficient information to reduce the impact of oil spill improving the oil spill contention.

Este trabalho propõe uma soleira assimétrica elíptica-circular com apenas dois pontos de descontinuidade, com parâmetros geométrico associados à vazão específica de projeto, com possibilidade de padronização e cujas características hidráulicas (linha d´água, pressões, coeficiente de vazão) podem ser determinadas teoricamente. Um sistema de equações diferenciais parciais permite o desenvolvimento de um modelo computacional para determinação dos valores teóricos dessas características. A validação dos valores teóricos das características hidráulicas da soleira por um modelo computacional foi realizada com a confrontação desses mesmos valores obtidos em um modelo físico, permitindo a comparação de pressões, linha d´água, coeficiente de vazão e profundidade crítica. / In this work is proposed an asymmetrical (elliptical-circular) weir with two points of discontinuity only, with geometrical parameters associated to the specific design discharge, allowing the standardization, and whose hydraulic characteristics (water profile, pressures and discharge coefficient) may be theoretically determinate. Their hydraulic characteristics, developed by a system of partial differential equations, system allowing the development of a computational model to determine the theoretical values of the weir hydraulic characteristics. The validation of these theoretical values of the weir hydraulic characteristics, obtained by a computational model, was made by the comparison between the values of water profile, pressures, discharge coefficient and critical depth obtained by the theoretical model and the values obtained by the physical model.

O presente trabalho propõe a utilização da \"superfórmula\" como solução de dimensionamento de estruturas hidrodinâmicas na engenharia hidráulica. Para tanto, apresentam-se neste trabalho os métodos atualmente empregados para o dimensionamento de uma tomada d\'água, apresenta-se também o que é a \"superfórmula\", como se chegou a ela e a possibilidade de sua aplicação na engenharia, necessitando para isso algumas parametrizações. A introdução da \"superfórmula\" na engenharia hidráulica tem o objetivo de facilitar o dimensionamento de estruturas e reduzir as complexidades, com foco no desenvolvimento de formas geométricas ideais com vistas à hidrodinâmica e especificamente para a tomada d\'água, tem o objetivo de encontrar uma transição entre seções onde a perda de carga seja mínima, para isso, propõe-se uma modelação matemática para otimização da estrutura da tomada d\'água, baseada no conceito de aceleração convectiva máxima. / This dissertation proposes that \"superfórmula\" have high potential use in solutions for hydrodynamic design of hydraulic structures. Thus, it presents, the methods currently employed for the design of a water intake, also presents what is \"superfórmula\", how it discovered and application possibility in engineering, requiring for it some parameterizations. The introduction of \"superfórmula\" in hydraulic engineering aims to facilitate the design of structures and reduce the complexities, focusing on the development of ideal geometric shapes with a view to hydrodynamic and specifically for water intake, aims to find a transition between sections where the head loss. For this, it proposes a mathematical model to optimize the water intake structure based on the concept of maximum convective acceleration.

O projeto de turbinas hidráulicas tem estado em constante evolução, levando a máquinas mais rápidas e mais leves, nas quais os carregamentos são mais severos e as estruturas mais flexíveis. Com isto, os cálculos dos componentes da turbina devem ser realizados com maior precisão do que no passado, entre eles a determinação das velocidades angulares críticas da linha de eixo e seus fatores dinâmicos de amplificação de deslocamento, sobre os quais a maior influência é exercida pelo rotor do gerador. Para tanto, é elaborado um modelo numérico da linha de eixo, com base na pesquisa da literatura, na qual o rotor do gerador é usualmente considerado como um corpo rígido. Entretanto, para se verificar o efeito de suas propriedades de inércia e rigidez distribuídas sobre o movimento da estrutura, ele é descrito aqui por um modelo de elementos finitos, incluído no restante do sistema através do método da síntese modal de componentes. Os resultados numéricos mostram desvios não desprezíveis entre o método tradicional e o proposto aqui, sendo que se aconselha que o rotor do gerador seja descrito por este procedimento, quando os fatores de segurança empregados forem pequenos ou se a exatidão dos valores calculados for de grande importância. / Continuous improvements in hydraulic turbines project has lead to faster and smaller machines, in which loads are more severe and structures are more flexible. As a matter of fact, its components must be calculated more accurately than in the past. Such is the case of shaft line angular critical speeds and their dynamic displacement amplification multipliers, whose main influence is caused by the generator rotor. Therefore, a shaft line numeric model is set up, based on the literature review, where the generator rotor is usually considered as a rigid body. However, in order to verify its distributed inertia and stiffness properties effect on the structure behaviour, it shall be described here by a finite element model, that is included in the overall system using the component mode synthesis method. The numerical results yield significantly deviations between the model proposed here and the traditional, taking one to recommend that, when security factors are low or when calculated values accuracy is important, the generator rotor shall be modelled by the procedure described here.