En la actualidad, las decisiones en la ingeniería de costas y la gestión costera se apoyan, cada vez más, en los modelos numéricos predictivos de los procesos costeros, que por otra parte, se basan en modelos conceptuales simplificados que no reproducen de manera adecuada todos los procesos físicos relacionados en la dinámica costera. Buena parte de este problema se debe a la gran cantidad de incertidumbres que a día de hoy siguen existiendo en lo referente a la complejidad de la hidrodinámica, la transferencia de energía del oleaje a distintas escalas hidrodinámicas, la interacción de los flujos con el fondo marino y el transporte de sedimento y evolución del fondo resultantes. A pesar de esto y de su creciente demanda, raramente estos modelos se comparan (y validan) con datos de campo reales tomados en la zona de interés. Sin la adecuada calibración, la utilización de los resultados del modelado numérico de los procesos hidromorfodinámicos y de evolución costera a situaciones reales es, como mínimo, ambiguo y en ciertos casos podría ser hasta contraproducente. Para mejorar los planteamientos conceptuales de los modelos, es necesario realizar medidas de campo para mejorar el conocimiento de los procesos hidromorfodinámicos y que a su vez, sirvan para validar las predicciones numéricas. Dado que la mayor parte de los datos de campo disponibles se han tomado en playas en Estados Unidos, su utilidad para calibrar modelos en playas de otras partes del mundo es limitada. Para cubrir esta carencia, recientemente se han realizado importantes esfuerzos de investigación en este campo en Europa. En ésta tesis se presentan tres campañas de campo a nivel Europeo encaminadas, por una parte, a mejorar el conocimiento de los procesos físicos hidrodinámicos (Delta'93 y Delta'96 en el Delta del Ebro), y por otra, a la obtención de información esencial para la simulación numérica de los procesos morfodinámicos (Egmond, Holanda). El análisis de los datos obtenidos de las campañas Delta'93 y Delta'96 se ha centrado en la separación de las distintas escalas hidrodinámicas presentes en la zona cercana a la costa, la cuantificación de la transferencia de energía del oleaje a dichas escalas, la caracterización de la estructura vertical de las corrientes inducidas por la rotura del oleaje, la fricción con el fondo y la evolución batimétrica resultante. Los datos obtenidos de la campaña de Egmond se han utilizado para la calibración y validación del campo de oleaje, corrientes inducidas por la rotura y la evolución del perfil de playa predichas por un modelo hidromorfodinámico desarrollado en el LIM-UPC.

O presente trabalho visa caracterizar, através de experimentos numéricos, a hidrodinâmica e o transporte de sedimentos em suspensão no sistema estuarino de Caravelas e Peruípe sob diferentes condições forçantes. O sistema é formado por canais que estabelecem a conexão entre os rios Caravelas e Peruípe. Dados de nível de água e velocidade de correntes, obtidos em coletas de campo foram utilizados para aplicar e calibrar o modelo numérico MOHID. Diferentes experimentos numéricos, simulando condições de maré de sizígia e de quadratura com diferentes condições de descarga fluvial, foram realizados. A partir destas simulações foram obtidas distribuições espaciais e pontuais da concentração de sedimentos em suspensão e das correntes forçadas pela maré integradas verticalmente. Em condições de sizígia o estuário é caracterizado por correntes mais intensas e assimétricas, com dominância de vazante. As maiores concentrações médias de sedimento em suspensão ocorreram em condições de sizígia e o transporte de sedimentos resultante foi em direção ao oceano, em função do domínio das correntes de maré vazante. Os experimentos numéricos mostram que os canais que conectam os dois estuários têm papel relevante na dinâmica local. Eles possuem influência na dinâmica sedimentar do sistema estuarino. A hidrodinâmica e o balanço sedimentar do sistema são principalmente modulados pela altura da maré, com pouca contribuição do aporte de água doce. / The aim of this work is to characterize, through numerical modeling experiments, the hydrodynamics and suspended sediment transport dynamics in the Caravelas ? Peruípe estuarine system under different forcing conditions. The system comprises channels that connect the Caravelas and Peruípe rivers. Water level and current velocity data obtained through field campaigns were used to apply and calibrate the MOHID numerical model. Different numerical experiments simulating spring and neap tides with different river discharge conditions have been conducted. Based on these simulations, the hydrodynamics and spatial and temporal distributions of suspended sediment concentrations have been analyzed. During spring tide the estuary is characterized by intense and asymmetric currents (ebb dominated). The highest average suspended sediment concentration occurred during spring tide conditions, with net sediment transport being seaward. The numerical experiments show that the connecting channels play a relevant role in the local suspended sediment dynamics. The hydrodynamic and sediment balance in the system are modulated mainly by the tidal range, with little influence from the freshwater supply.

Submitted by GUILHERME HENRIQUE FIOROT null (ghfiorot@aluno.feis.unesp.br) on 2016-08-31T16:48:18Z No. of bitstreams: 1 GHFiorot-tese-unesp.pdf: 21279930 bytes, checksum: f08d052fded3d144bcad4b9a9f1c007f (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-01T17:08:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fiorot_gh_dr_ilha.pdf: 21279930 bytes, checksum: f08d052fded3d144bcad4b9a9f1c007f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-01T17:08:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fiorot_gh_dr_ilha.pdf: 21279930 bytes, checksum: f08d052fded3d144bcad4b9a9f1c007f (MD5) Previous issue date: 2016-07-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Dentro da temática de riscos naturais, mais precisamente no contexto das corridas de lama, esta tese surge da necessidade que existe na literatura em melhor se conhecer as características temporais destes eventos. A chuva, fonte da vazão liquida, conduz aos escoamentos superficiais, responsáveis pela redução da coesão do material sedimentar do solo (areia e argila) e seu consequente transporte. Em locais de topografia íngreme, de montante a jusante, a vazão sólida do escoamento principal pode, eventualmente, evoluir devido às contribuições laterais de pequenos escoamentos, alterando não só as propriedades reológicas do fluido e dinâmicas do escoamento, como se manter até que o transporte sólido atinja elevada concentração na composição do fluido. Na primeira parte desta tese, um experimento de superfície livre foi projetado para reproduzir escoamentos superficiais sobre um fundo móvel, com o objetivo de estudar propriedades não-permanentes do transporte de sedimentos. Um sistema de medição foi projetado e construído com o intuito de medir quase instantaneamente a vazão sólida e suas correlações com as propriedades hidráulicas do escoamento. Este aparato é também utilizado para observar a influência de instabilidades de superfície livre sobre o transporte. Um conjunto de resultados é apresentado e analisado e mostra que a presença de ondas pode, em média, reduzir a quantidade total de sedimentos transportada. Na segunda parte desta tese, a dinâmica de escoamentos com elevada concentração de sedimentos é estudada. Neste trabalho, executa-se a aplicação de um modelo de primeira ordem de roll waves para fluidos de reologia Herschel-Bulkley para simular um evento natural registrado na literatura. Os resultados apresentados mostram que roll waves poderiam, de fato, ser identificadas no evento e que a amplitude média observada poderia ter sido estimada com 8% de incerteza. Assim, um modelo mais complexo para a solução do perfil de velocidade é proposto, adicionando a porosidade do solo ao problema. Resultados do modelo são comparados com simulações numéricas. Uma análise paramétrica é efetuada e o caso de estudo é novamente avaliado. Como conclusão geral do trabalho, a presença de fenômenos não-estacionários durante a evolução escoamento superficial - corrida de lama afeta a dinâmica global do sistema acoplado hidráulica-transporte de sedimentos, quando comparado ao caso permanente e uniforme. Assim, a verificação de que tais fenômenos podem aparecer deve constituir parte de projetos engenharia, especialmente quando estes, em situações de catástrofes, envolvem danos a infraestruturas civis e quase sempre perdas de vidas, como é o caso das corridas de lama. / This thesis was motivated by the need to better understand time-dependent features related to mudflow evolution on natural sloped channels. Basically, the research is focused on events that are confined in channels formed due to the topography. The rain, source of the liquid discharge, generates the runoff flow which is responsible for wetting the soil surface, promoting reduction of soil cohesiveness and erosion of small particles such as clay and sand. From this point, the sediment transport can increase as small water flows merge and form greater streams. The scenario keeps its evolution until it reaches high concentration of particles in the fluid mixture. In the first part, to study the non-permanent feature of sediment transport, an open-channel experiment was designed for simulating runoff flow over a mobile bed. A measurement system was designed and constructed to instantaneously inspect the solid discharge of particles and the flow friction at the bed. This apparatus is further used to explore the influence of free-surface waves on the sediment transport. Hydraulic properties of flows are qualitatively and quantitatively studied and data are used to correlate characteristics of flow and sediment transport. A set of experimental runs is presented and explored. Analysis of results shows that for fixed flow conditions, waves induce an overall smaller quantity of transported sediment. In a second part, the dynamics of high concentrated flows is addressed and this thesis attempts to apply a first-order roll-wave model for Herschel-Bulkley laminar fluid flow to a registered natural event. Results presented point out that roll waves could have occurred during this already published case-study event. Simulations could predict wave heights within 8% on uncertainty with respect to the mean amplitude of measured waves. Finally a new theoretical solution for the velocity profile is proposed taking into account the porosity of the bed. Results are then compared with numerical simulation performed in FLUENT. A parametric analysis is employed and the case-study is once again evaluated. As general conclusion, the non-permanent phenomena that can appear during the evolution of a mudflow event affect the overall dynamics of the coupled system (hydraulic-sediment transport) in comparison to the steady and uniform case. Verifying that such phenomena could appear should indeed be an important part in hydraulic engineering projects, especially when dealing with lives, which is the case of mudflows. / CNPq: 201557/2012-6

A modelagem unidimensional tem sido adotada desde os anos 1980, com sucesso nas práticas de engenharia, para a caracterização do regime de transporte de sedimentos de longo termo. É também uma importante ferramenta para o entendimento da dinâmica sedimentar de bacias e gestão de sedimentos em reservatórios. Esta pesquisa teve como objetivo aplicar a modelagem unidimensional de transporte de sedimentos na bacia do reservatório Taiaçupeba, São Paulo, Brasil, a partir do sistema computacional HEC-RAS, orientada à estimativa das descargas sólidas afluentes ao reservatório. O período de coleta de dados coincidiu com a estiagem de 2013-2015 na Região Sudeste, o que contribuiu com a análise crítica do método e dos resultados, cuja discussão ressalta o uso da modelagem unidimensional como instrumento eficaz de validação das curvas de sedimento para caracterização do regime de transporte. As funções de capacidade de transporte de Laursen-Copeland e Toffaleti mostraram-se aplicáveis a esse sistema fluvial, bem como os métodos de encouraçamento de fundo de Hirano e Thomas-Copeland. Os coeficientes de Manning ajustados foram considerados preliminares e dados de campo adicionais são encorajados para refinar seu ajuste e incorporar maior acurácia na estimativa do perfil da linha d\'água em trabalhos futuros. Além disso, são apresentadas recomendações metodológicas ao monitoramento fluvissedimentométrico que contribuem com a sistematização das técnicas e tecnologias disponíveis à pesquisa hidrossedimentológica. / One-dimensional modeling has been successfully adopted since the 1980s in engineering practices to assess long-term sediment transport regimes. It is also an important tool for the understanding of sediment dynamics in watersheds and sediment management in reservoirs. The objective of this research was to apply the one-dimensional sediment transport modeling in the Taiacupeba reservoir basin, located in Sao Paulo, Brazil, implemented on HEC-RAS, aiming to estimate longterm loads into the reservoir. The data collection period coincided with the drought of 2013-2015 in Southeastern Brazil, which contributed to the critical analysis of the method and results, whose discussion highlights the use of one-dimensional modeling as an effective instrument for validating sediment curves. The transport capacity functions of Laursen-Copeland and Toffaleti have been shown to be applicable to this river system, as well as the bed sorting and armoring methods of Hirano and Thomas-Copeland. The Manning coefficients were considered preliminary and additional field data are encouraged to enhance its adjustment and incorporate greater accuracy in estimating the water surface profile in future work. Besides, methodological recommendations for sediment monitoring are presented, contributing to the systematization of available techniques and technologies applied to sediment research.

A mineração é formada pelo conjunto de ações de lavra, concentração e transformação do minério para múltiplas finalidades. O resultado da explotação de diversos minérios, após seus beneficiamentos, é a produção de rejeitos, em quantidades variáveis. Características diversas como vazão e conteúdo de água na polpa, densidade, arredondamento, esfericidade e granulometria do material interferem e definem projetos e construção de barragens para contenção de rejeitos. Desta forma, o estudo e avaliação técnica dos rejeitos empregados na construção destas barragens e o seu comportamento são fundamentais para a divulgação e enriquecimento científico e prático, principalmente no que tange aos aspectos de segurança. Foram avaliadas as características do material depositado ao longo de praias de rejeitos de minério de ferro e fosfato, analisando-se a granulometria, densidade real dos grãos, análise de forma (arredondamento, esfericidade e relação de aspecto), e os ensaios de simulação hidráulica, estudando a variabilidade da granulometria e forma dos grãos. Verificou-se que a deposição hidráulica nas praias de rejeitos ocorre pelo efeito da granulometria e densidade, em lentes e/ou camadas com características semelhantes, condicionando variações verticais e horizontais, análoga a leques aluviais úmidos. Não foram observadas variações significativas na forma dos grãos ao longo da praia. Os ensaios de simulação revelam sedimentação em camadas planares a lenticulares, com a diminuição da granulometria à medida que se afasta do ponto de lançamento, mas alterada pelo efeito das paredes do tanque. Portanto, os comportamentos geológico-geotécnicos das praias em barragens de contenção de rejeitos, determinados por uma variabilidade deposicional, devem ser considerados na elaboração de planos de instrumentação mais eficientes em futuros projetos. / The mining is formed by ore extraction, concentration, and transformation for multiple purposes. The result of the exploitation of several ores is, after their treatment, the tailings production in variable quantities. Several characteristics as flow and content of water in the slurry, as well as density, roundness, sphericity, and grain size distribution of the sediments interfere and define projects and construction of tailings dams. Considering this, the study and technical evaluation of the tailings used are fundamental for scientifical and practical enhancement, mainly referring to security aspects. The material deposited along tailings beaches from iron and phosphate ores was investigated in grain size distribution, real density of the grains, grain shape analysis (roundness, sphericity, and aspect ratio). Also the hydraulic deposition (flumes) was analyzed according to the grain size distribution and shape analysis of sediments. In tailings beaches it was found that the sedimentation happens, due to grain size distribution and density in lenses and/or layers with similar characteristics but with vertical and horizontal variations, muck like humid alluvial fans. Significant variations were not observed in the grain shape analysis along the beaches. The flume tests revealed sedimentation in planar and lenses lamination, with decrease of the grain size distribution in a downstream direction, but modified by the effects of the flume walls. Therefore, the geological and geotechnical behaviors of the beaches in tailings dams, characterized by depositional variability, should be considered in future projects with more efficient instrumentation plan.

nÃo hà / O barramento do fluxo natural do rio Jaguaribe, com a construÃÃo da barragem do CastanhÃo, no limite entre o mÃdio e baixo curso, inserido na polÃtica de gestÃo das Ãguas do Estado do CearÃ, alterou consideravelmente a vazÃo, que no inÃcio do sÃculo XX era de 200 m/s, para menos de 40 m/s nos dias atuais. No entanto, as modificaÃÃes nÃo sÃo apenas da Ãgua barrada, mas na interrupÃÃo do fluxo de sedimentos, acarretando alteraÃÃes no ciclo hidrosedimentolÃgico e nas feiÃÃes geomorfolÃgicas. Associados ao processo de aÃudagem estÃo os impactos das alteraÃÃes e mudanÃas no quadro ambiental considerÃvel em apenas uma dÃcada. O processo de acumulo de sedimento na bacia hidrÃulica do CastanhÃo, as Ãreas ocupadas por ilhas fluviais no leito natural e a jusante do barramento variaram de maneira considerÃvel; assim como na planÃcie litorÃnea e na Ãrea do entorno da foz. As ferramentas de geoprocessamento e as tÃcnicas de Sensoriamento Remoto aplicadas na tese levaram a definiÃÃo de trÃs unidades diferentes: bacia hidrÃulica, baixo curso/planÃcie fluvial e foz/linha de costa adjacente. Esta tendÃncia de modificaÃÃo ambiental, onde o aporte de sedimento no prÃprio aÃude foi inferido, a modificaÃÃo do leito à jusante identificado, e a erosÃo e acumulaÃÃes nas margens da foz e linha de zona costeira adjacente foram detectadas atravÃs das modelagens hidrolÃgicas. / The bus of the natural flow from Jaguaribe river, with the construction of the CastanhÃo dam, on the edge between the middle and lower courses of it that are inserted in the policy of the waterâs management of Cearà State changed considerably the flow, which in the early 20th century was 200m/s, for less than 40m/s nowadays. However, the changes are not only from barred water, but on the interruption of the flow of sediments, causing changes in the hidrosedimentolÃgico cycle and the geomorphological features. Associated with the damming process are the impacts of changes and the changes in considerable environmental framework in just a decade. The process of accumulation of sediment in the hydraulic basin of CastanhÃo, the areas occupied by River Islands in the riverbed and downstream of bus ranged from substantial way; as well as in the coastal plain and in the area surrounding the mouth. The tools of the geoprocessing and the Remote Sensing techniques applied in the thesis led to the definition of three different units: hydraulic basin, lower course/river plain and estuary/adjoining coast line. This trend of environmental modification, where the amount of sediment in the pond itself is implied, the modification of downstream riverbed identified, and erosion and accumulations on the banks of the estuary and adjacent coastal zone line were detected through the hydrological modeling.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / AvaliaÃÃes de produÃÃo de sedimentos em bacias hidrogrÃficas sÃo necessÃrias quando se deseja melhorar a qualidade da anÃlise tÃcnica, contribuindo para uma avaliaÃÃo consistente da disponibilidade hÃdrica e, consequentemente, para a gestÃo dos recursos hÃdricos. O objetivo geral da pesquisa foi avaliar a produÃÃo de sedimentos em bacias hidrogrÃficas sob a influÃncia de diferentes contextos geoambientais. TrÃs pequenas bacias foram monitoradas: a Bacia Experimental de Aiuaba, com Ãrea de drenagem de 12,0 km2, localizada em uma Ãrea de conservaÃÃo ambiental do bioma caatinga, no sertÃo dos Inhamus, sob clima semi-Ãrido; e as Bacias de Pai JoÃo (9,3 km2) e Santo AntÃnio (6,8 km2), localizadas no maciÃo de BaturitÃ, sob clima tropical sub-Ãmido, que se encontram impactadas por aÃÃes antrÃpicas, particularmente agricultura. A caracterizaÃÃo das bacias mostrou que Aiuaba, Pai JoÃo e Santo AntÃnio tÃm respectivamente, percentual de cobertura vegetal natural de 100%, 86% e 76% e regime predominante de escoamento efÃmero, intermitente e perene. Realizou-se monitoramento no ano de 2007, de variÃveis hidrossedimentolÃgicas nestas Ãreas. A estimativa anual de produÃÃo de sedimentos foi feita atravÃs da determinaÃÃo de descargas lÃquidas e sÃlidas afluentes no exutÃrio, e de equaÃÃes de curvas-chave de sedimentos a partir destes dados. Nas bacias de Pai JoÃo e Santo AntÃnio, as cargas de leito foram estimadas por meio de simulaÃÃo com o modelo EB (equaÃÃes de Einstein e Brown), por nÃo ter sido possÃvel a mediÃÃo desta parcela. Realizou-se ainda avaliaÃÃo do modelo HIDROSED2 na estimativa de produÃÃo de sedimentos nas Ãreas. Na bacia de Aiuaba realizou-se simulaÃÃo para o perÃodo de 2003 a 2007 e os resultados foram comparados com os medidos indiretamente (curva-chave). Nas Bacias de Pai JoÃo e Santo AntÃnio o modelo foi apenas calibrado, com base em alguns eventos monitorados em 2007. Na avaliaÃÃo da produÃÃo de sedimentos nas bacias de Aiuaba, Pai JoÃo e Santo AntÃnio, os valores obtidos foram respectivamente 1, 136 e 686 ton.km-2.ano-1. Observa-se que a ordem de grandeza da produÃÃo de sedimentos aumenta com o nÃvel de degradaÃÃo ambiental. Entretanto, nÃo à possÃvel traÃar conclusÃes unicamente em funÃÃo do uso do solo, pois outros fatores influenciam a produÃÃo de sedimentos. Na avaliaÃÃo individual de eventos nas trÃs bacias o modelo HIDROSED2 nÃo apresentou resultados satisfatÃrios para os pequenos eventos. Por outro lado, na estimativa anual e de eventos intensos de produÃÃo de sedimentos o modelo apresentou resultados satisfatÃrios em comparaÃÃo com as medidas. Os resultados sugerem: (1) foi verificada correlaÃÃo direta entre a degradaÃÃo ambiental e a produÃÃo de sedimentos quantificada nas bacias estudadas; (2) a modelagem deve ser aprimorada com base na fÃsica de processos; (3) ainda hà necessidade de monitoramento de variÃveis hidrolÃgicas e sedimentolÃgicas com a elaboraÃÃo de bancos de dados em bacias hidrogrÃficas do Estado do CearÃ, contribuindo para a implantaÃÃo de instrumentos de gestÃo dos recursos hÃdricos. / Sediment yield assessment is necessary in watersheds when it is desired to improve the quality of analysis, contributing for a consistent evaluation of water availability and, therefore, high-quality water resources management. The general objective was to evaluate the sediment yield in watersheds under different geo-environmental contexts. Three small basins had been monitored: the Aiuaba Experimental Basin, with drainage area of 12.0 km2, located in an environmental conservation area of the biome caatinga, in the Inhamus hinterland, under semi-arid climate; and the Basins of Pai JoÃo (9.3 km2) and Santo AntÃnio (6.8 km2), located in the Baturità mountain, under tropical sub-humid climate, which are impacted by anthropogenic actions, particularly agriculture. The basins characterization showed that Aiuaba, Pai JoÃo and Santo AntÃnio have, respectively, 100%, 86% and 76% of natural vegetation cover; and predominant fluvial regimes are ephemeral, intermittent and perennial. In the year of 2007, Hydrological and sedimentological variables were measured in these areas. The annual sediment yield estimate was made using liquid and solid discharges recorded in the basin outlet and the determination of sediment rating curves with these data. In the catchments Pai JoÃo and Santo AntÃnio, the bed load were simulated with model EB (Einstein and Brown equations), for not being possible the direct measurement of this parcel. The performance of model HIDROSED2 was assessed concerning sediment yield. In the Aiuaba basin the model was calibrated and validated using the monitored events. Simulations for 2003 to 2007 were carried out and the results had been compared with the measured ones using rating curves. In the Pai JoÃo and Santo AntÃnio basins the model only was calibrated, on the basis of some events monitored in 2007. The research provided the following results for Aiuaba, Pai JoÃo and Santo AntÃnio basins, respectively: the sediment yield was 1, 136 and 686 ton.km-2.year-1. It is observed that the order of magnitude of sediment yield increases with the level of environmental degradation. It is not possible to trace final conclusions solely in function of the soil use, because other factors influence sediment yield. In the event evaluation of the three basins, model HIDROSED2 did not present satisfactory results for the small events. On the other hand, in the annual estimate and of intense events of sediment yield, the model presented satisfactory results in comparison with the measurements. The results suggest: (1) there was a direct correlation between environmental degradation and sediment yield, quantified in the studied basins; (2) the improvement of modeling based on the physical processes is needed; and (3) hydrological and sedimentological measurements in catchments with the elaboration of data bases are still necessary for the State of CearÃ. This should contribute for the implantation of management instruments of the water resources.

Orientador: Tiago Zenker Gireli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-22T00:59:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_MariaClaraAlbuquerque_M.pdf: 5039354 bytes, checksum: a1154bd21fff2cdbc5fea64c2847399d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Os reservatórios de barragens são lagos artificiais e sofrem processo de sedimentação desde sua implantação, em decorrência das alterações hidráulicas provocadas no curso fluvial onde se instalou a barragem. Tal processo se encontra em estágio avançado no trecho de remanso do reservatório da Usina Hidroelétrica de Barra Bonita, localizada no interior do Estado de São Paulo e vem causando dificuldades ao transporte hidroviário. A usina, por sua vez, está instalada na Hidrovia Tietê-Paraná, a mais importante hidrovia do país, responsável pelo escoamento de uma parcela significativa da produção agrícola de exportação. Esta dissertação se propôs a estimar o volume, a taxa anual de assoreamento e a evolução espacial dos depósitos de leito observada no trecho especificado, a partir de uma metodologia que envolve a geração de modelos digitais de elevação e modelagem numérica em ambiente computacional. A partir dos resultados obtidos, foi possível reconhecer os mecanismos envolvidos no processo de sedimentação no reservatório em estudo, permitindo assim o posterior estudo e implementação de medidas estruturais e não estruturais, que visem minimizar os impactos deste processo de sedimentação à navegação na hidrovia Tietê-Paraná / Abstract: The dam reservation is an artificial lake and the sedimentation process occurs since its inception, due to hydraulic changes caused on the natural river where the dam is installed. This process is at an advanced stage in the backwater stretch of the hydroelectric plant's reservoir of Barra Bonita, located within the State of Sao Paulo and has been causing difficulties for water transportation. The plant, in turn, is installed in the Tietê-Paraná, the most important waterway in the country, responsible for disposing of a significant portion of agricultural production for export. This dissertation aimed to estimate the volume, the annual rate of sedimentation and spatial evolution of the deposits observed in the bed section specified, from a methodology that involves the generation of digital elevation models and numerical modeling in computational environment. The results presented here were positive to recognize the mechanisms involved in the sedimentation reservoir under study, as well as create subsidies for the adoption of structural and nonstructural to minimize the impact of the sedimentation process in the navigation Tiete-Parana waterway / Mestrado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Mestre em Engenharia Civil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The steady growth of cities along with the urbanization process has caused major changes in the natural environment, being part of the problem is a result of lack of knowledge of the dynamics that natural processes have. In the city of Santa Maria the population density and expansion process of the urban area were responsible for several modifications, among which we can cite the replacement of vegetation with pavements, changes in the form of relief, pollution of water resources and the various changes in drainage channels. Thus, studies of sediment loads in urban rivers are absolutely necessary to generate knowledge and appropriate technology development to minimize impacts to the environment. The aim of this study was to evaluate the relationships, the spatial and temporal behavior of hydrosedimentological processes in the watershed of the stream Cadena - Santa Maria / RS. The study area is the portion of the watershed of the stream with Cadena flow in Irmã Dulce section and two basins built this. Flow measurements and collecting suspended sediments in three locations along the canal for a spatial analysis of the data were performed. Temporal analysis were considered in the data obtained from Walter Jobim section that had one limnigraf. Sought to identify the main variables related to rain and the flow that control the transport of suspended sediment in the events in the basin. Pearson's coefficient was used to make this check, followed by an attempt to indicate a statistical model. The Cadena stream showed a high content of organic matter present in the samples reaching a value of 88% of the total suspended load. In eight of the twelve events monitored the concentration of organic matter was higher in the most downstream section, indicating an increase along the channel. Rainfall is less influential in the regime of flows when it is lower than your average (137mm), suggesting that in this situation the contributions coming from the urban drainage and sewer systems begin to exert greater influence under the regime of flow. During the study period the stream Cadena no tendency to erosion or deposition of sediment. It was observed that in the months from September to November there is a significant increase in sediment yield in the basin, a phenomenon that is part of the intra-annual climate variability in the region. The variables related to flow and rainfall events analyzed showed a good correlation with the concentration of suspended sediment measured (Cssmeasured). The simple regression model between Qmax and Cssmeasured showed a coefficient of determination (R ²) of 0.78, suggesting that the maximum flow is a good indicator of the transport of suspended sediment in the basin study. / O constante crescimento das cidades junto com o processo de urbanização tem ocasionado grandes alterações no meio natural, sendo que parcela do problema é resultado da falta de conhecimento da dinâmica que os processos naturais possuem. Na cidade de Santa Maria o processo de adensamento populacional e expansão da área urbana foram responsáveis por diversas modificações, entre as quais se pode citar a substituição da vegetação por pavimentações, alterações na forma do relevo, poluição dos recursos hídricos e as mais diversas alterações nos canais de drenagem. Desse modo, estudos de quantidade de sedimentos em rios urbanos são absolutamente necessários para se gerar conhecimento e desenvolvimento tecnológico adequado para a minimização dos impactos causados ao ambiente. O objetivo desse estudo foi avaliar as relações, o comportamento espacial e temporal dos processos hidrossedimentológicos na bacia hidrográfica do arroio Cadena Santa Maria/RS. A área de estudo do trabalho é a porção da bacia hidrográfica do arroio Cadena com exutório na seção Irmã Dulce e em duas bacias embutidas a essa. Foram realizadas medições de vazão e coleta de sedimentos em suspensão em três locais ao longo do canal para uma análise espacial dos dados. Na análise temporal foram considerados os dados obtidos na seção Walter Jobim que contava com um linígrafo. Buscou-se identificar as principais variáveis relacionadas à chuva e a vazão que controlam o transporte de sedimentos em suspensão nos eventos na bacia. Foi utilizado o coeficiente de Pearson para fazer essa verificação, seguido de uma tentativa de indicar um modelo estatístico. O arroio Cadena apresentou um alto teor de matéria orgânica presente nas amostras chegando até o valor de 88% do total da carga suspensa. Em oito dos doze eventos monitorados a concentração de matéria orgânica foi maior na seção mais a jusante, indicando um acréscimo ao longo do canal. A precipitação é menos influente no regime das vazões quando ela é inferior que sua média (137mm), sugerindo que nessa situação as contribuições oriundas da drenagem e sistemas de esgoto urbanos passam a exercer uma maior influência sob o regime das vazões. No período de estudo o arroio Cadena não apresentou tendência à erosão e nem a deposição do sedimento. Foi observado que nos meses de setembro a novembro há um significativo aumento na produção de sedimentos na bacia, fenômeno esse que faz parte da variabilidade intra-anual climática da região. As variáveis relacionadas à vazão e a precipitação dos eventos analisados apresentaram uma boa correlação com a concentração de sedimentos em suspensão medida (Cssmedida). O modelo de regressão simples entre a Qmáx e a Cssmedida apresentou um coeficiente de determinação (R²) de 0,78, sugerindo que a vazão máxima é uma boa indicadora do transporte de sedimentos em suspensão na bacia de estudo.

Orientador: Tiago Zenker Gireli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:08:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AntonioHenriqueSoaresDutraGomes_M.pdf: 2377456 bytes, checksum: 1250c7ddc6a6ff4e0c3926d653fab182 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os cursos fluviais são regidos por diversos fenômenos físicos que interagem influenciando as características hidromorfodinâmicas do escoamento. O transporte de sedimentos é um destes fenômenos e interfere no equilíbrio dinâmico de um rio, isto é, numa situação estável do curso d'água, material sólido é carreado e depositado sem que sejam percebidas alterações significativas nas formas fluviais. Este equilíbrio pode ser alterado por vários motivos, sendo frequente ocorrer após a construção de barramentos transversais ao curso d'água que tenham por finalidade acumular água para múltiplos usos. Um dos principais impactos associados a estas obras de infraestrutura é a diminuição drástica da capacidade de transporte do escoamento a montante e da vazão sólida a jusante. Tal processo se encontra em evolução no reservatório da Usina Hidrelétrica (UHE) de Barra Bonita localizada no rio Tietê, no estado de São Paulo, sobretudo no trecho de remanso. O objetivo desta pesquisa é verificar a aplicabilidade dos dados de campo na modelagem hidrodinâmica do reservatório da UHE de Barra Bonita-SP. Avalia-se a qualidade das informações para o processo de modelagem numérica por meio de simulações computacionais e comparações entre levantamentos de campo. Desenvolveu-se o estudo utilizando dados de batimetria e hidrológicos, ferramenta computacional específica para modelagem da hidráulica de escoamentos livres e levantamentos topográficos expeditos. Verificou-se a necessidade de executar levantamentos de dados de campo que tenham por objetivo gerar bases de dados para aplicação em modelagem hidrossedimentológica, isto é, é necessário que a coleta de dados seja feita com maior rigor e maior nível de detalhamento visando utilizá-los tanto para fins de navegação e monitoramento e operação de aproveitamentos hidrelétricos, quanto para fins de modelagem. Como resultados são apresentados e discutidos os problemas associados à modelagem numérica hidrodinâmica de reservatórios e propostos os requisitos necessários (desejáveis e mínimos) na aquisição de informações de campos para geração de base de dados com finalidade de modelagem numérica / Abstract: Different physical phenomena interact influencing the hydrodynamic flows characteristics; rivers are governed by them. The sediment transport, one of these phenomena, directly interferes within the dynamic balance of a river, that is, in a stable situation, solid material is carried and deposited without substantial changes in river morphology. Many reasons could modify dynamic balance; it is usual to occur after the construction of multiple uses dams. One of the main impacts associated with these infrastructure projects is the drastic decrease in the amount of flow transport capacity and solid flow downstream. This process is evolving in the reservoir of the Hydroelectric Power Plant (HPP) of Barra Bonita, in Tietê river, in the state of São Paulo, especially in the backwater stretch This research aims to verify the applicability of field data in the hydrodynamic modeling of the Barra Bonita-SP reservoir, assessing the quality of information through numerical simulations and comparisons between field surveys. The study was conducted using real data of bathymetry and hydrology, as well as specific software for flows with free surfaces. It is necessary to gather field data aiming to generate databases for use in hydrodynamic and sediment transport modeling. That is, data collection accuracy is needed, as well as greater detailing. As a result are presented problems associated to the hydrodynamic modeling of reservoirs and are proposed the required requisites (desirable and minimum) for the field data acquisition. Keywords: River morphodynamic. Sediment transport. Siltation. Numerical model / Mestrado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Mestre em Engenharia Civil