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The Characteristic Hydraulic Times (CHT), called Residence Time (RT) and Water Age (WA), were analyzed in the Mundaú-Manguaba Estuarine Lagoon System (MMELS - AL, Brazil), using the SisBaHiA® - Environmental Hydrodynamics Base System, for two scenarios: wet season, from May to July 2018; and dry season, from October to December 2018. The hydrodynamic modelings appropriately represented water level variations measured in the lagoons. The analysis of residual currents revealed how hydrodynamic circulation was affected by seasonal variations, and provided essential information to understand the results of the RT and WA simulations. This study deepened the knowledge regarding the RT of the water masses inside the lagoons, and reinforced how river discharges significantly influence their export, which resulted, considering the spatial scope, in much smaller RT in the wet season compared to the dry season. The WA analysis added new and significant knowledge about water renewal, from a different perspective, and as yet little-explored in the study region. Among the results obtained, the most relevant refer to the dry season, in which it was found that the “oldest” waters in the Mundaú L. occurred near the southeast region, while in the Manguaba L., in the vicinity of the central region. Both regions were confirmed as the places that present the most critical trophic state index in each lagoon, showing that WA is a CHT that indicates the regions most conducive to more critical trophic states. Resumo Os Tempos Hidráulicos Característicos (THC) denominados Tempo de Residência (TR) e Idade da Água (IA) foram analisados no Complexo Estuarino Lagunar Mundaú-Manguaba (CELMM - AL, Brasil), através do SisBaHiA® - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental, para dois cenários: período chuvoso, de maio a julho de 2018; e período seco, de outubro a dezembro de 2018. As modelagens hidrodinâmicas representaram adequadamente as variações de nível d’água observadas nas lagunas. As análises das correntes residuais revelaram como a circulação hidrodinâmica foi afetada pelas variações sazonais, e forneceram informações essenciais para compreender os resultados das simulações de TR e da IA. Este estudo aprofundou os conhecimentos em relação ao TR das massas de água no interior das lagunas, e reforçou como as descargas fluviais influenciam significativamente a exportação das mesmas, o que resultou, considerando a abrangência espacial, em TR bem menores no período chuvoso, em comparação ao período seco. As análises da IA agregaram novos e significativos conhecimentos quanto à renovação das águas, por meio de uma perspectiva diferente, e ainda pouco explorada na região de estudo. Dentre os resultados obtidos, os mais relevantes se referem ao período seco, no qual constatou-se que as águas mais “velhas”, na laguna Mundaú, ocorreram próximo da região sudeste, enquanto na laguna Manguaba, nas proximidades da região central. Ambas as regiões foram confirmadas como os locais que apresentam os índices de estado trófico mais crítico, em cada laguna, evidenciando que a IA é um THC que indica os locais mais propícios a estados tróficos mais críticos.

Inclui bibliografia. Este trabalho busca descrever a circulação hidrodinâmica, durante o período do inverno, nas Ensedas de Arraial do Cabo (EAC) no município de mesmo nome, no Estado do Rio de Janeiro, através do módulo 3D do SisBaHiA® - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambient

Inclui bibliografia. O presente trabalho versa sobre a necessidade de estabelecer a deriva de uma mancha de óleo, em caso de derrames acidentais na área portuária na Enseada dos Anjos no município de Arraial do Cabo, fornecendo subsídios para se estabelecer estratégias de pre

Resumo A investigação de processos inerentes a um sistema estuarino permite inferir de forma mais precisa sua complexa dinâmica, possibilitando o balizamento de estratégias de ação em planos de gestão e projetos ambientais em regiões costeiras. Este trabalho apresenta um estudo da hidrodinâmica do Sistema Estuarino de Santos (SP), com enfoque na análise da renovação de suas águas, pelo efeito da maré e pelas vazões fluviais afluentes. Por meio do SisBaHiA® (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental) foi implementado um modelo hidrodinâmico computacional para a reprodução dos padrões de circulação do sistema. A partir de simulações com o Modelo de Transporte Euleriano, foram então calculadas as taxas de renovação de suas águas, para os períodos representativos de verão e de inverno. Os resultados, apresentados na forma de mapas e na forma de séries temporais de renovação, indicaram que após 30 dias todo o sistema apresenta uma renovação total maior que 95%. Diferenças sazonais puderam ser verificadas apenas em regiões mais internas do estuário, e.g., no Canal de Piaçaguera. Abstract The investigation of processes inherent in an estuary system allows us to infer more precisely its complex dynamics, assisting in the development of action strategies for environmental management plans and projects in coastal areas. This paper describes a hydrodynamic study of the Santos Estuarine System (São Paulo State, Brazil), focused on its water renewal analysis. A computational model was implemented using SisBaHiA® (Base System for Environmental Hydrodynamics) in order to reproduce the hydrodynamic patterns of the system. Simulations based on Eulerian Transport Model were performed to compute renewal rates for summer and winter representative periods. Results presented on maps and time series indicated that after 30 days the entire system has a total renewal greater than 95%. Seasonal differences could only be verified on the inner regions of the estuary, such as Piaçaguera Channel.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-12T16:15:19Z No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-04-05T01:29:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Made available in DSpace on 2021-04-05T01:29:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThallesAugustoAbreuAraujo.pdf: 8577405 bytes, checksum: dbcd78052179cf87dfbbba246d3e976a (MD5) Previous issue date: 2019-12 Equações analítico-numéricas capazes de simular escoamentos hidrodinâmicos tridimensionais (x, y, z, t) a partir de informações bidimensionais horizontais (x, y, t) são de grande valia. Este trabalho apresenta um conjunto de equações capaz de fazer isto de maneira a calcular variações verticais tanto na magnitude quanto na direção do escoamento, apresentando um forte potencial para ser utilizado como uma ferramenta operacional para monitorar fenômenos como intrusão de água salina, erosão costeira e alagamento. Tais equações são válidas para corpos d’água naturais com superfície livre e de águas rasas, sejam elas interiores, estuarinas ou marinhas, desde que tais corpos sejam verticalmente homogêneos (mesmo que lateralmente estratificados) e cuja pressão seja hidrostática. Um perfil aprimorado de viscosidade turbulenta, de formato parabólico, é apresentado. Ele analiticamente satisfaz condições de contorno dinâmicas do fundo e da superfície. A partir dele, deduz-se um perfil preliminar de velocidade, de formato logarítmico, válido para escoamentos permanentes e uniformes. Então, a partir deste perfil preliminar de velocidade, deduz-se um perfil ajustado de velocidade, que representa os termos da equação de Navier-Stokes mais relevantes para escoamentos geofísicos, inclusive as acelerações adjetivas não-lineares. Tal perfil ajustado de velocidade é plenamente calculado a partir de variáveis independentes da dimensão vertical (independentes de z). Tal perfil é então posto à prova em dois cenários de modelagem numérica: (1) um canal retilíneo com um talude (modelo 2D) e (2) um canal curvilíneo de fundo horizontal (modelo 3D). O conjunto de equações proposto se mostra potencialmente capaz de simular ambos os cenários com êxito, tendo, inclusive, simulado um escoamento secundário helicoidal no segundo cenário. Analytical-numerical equations capable of simulating three-dimensional hydrodynamic flows (x, y, z, t) from horizontal two-dimensional information (x, y, t) are of great value. This work presents a set of equations capable of doing so in such a way that it calculates vertical variations on both magnitude and direction of the flow, presenting a strong potential for being used as an operational tool to monitor phenomena such as salt water intrusion, coastal erosion, and flooding. These equations are valid for natural water bodies of free surface and shallow waters, fresh or salt, as long as these bodies are vertically homogeneous (even if laterally stratified) and whose pressure is hydrostatic. A refined turbulent viscosity profile of parabolic shape is presented. It analytically satisfies both bottom and surface dynamic boundary conditions. From it, a preliminary velocity profile of logarithmic shape is deduced, valid for steady and uniform flows. Then, from this preliminary velocity profile, an adjusted velocity profile is deduced, which represents the most relevant terms of the Navier-Stokes equation for geophysical flows, including the nonlinear advective accelerations. Such adjusted velocity profile can be fully deduced from variables that do not depend on the vertical dimension (independents of z). Such profile is then put to test under two numerical modelling scenarios: (1) a straight channel with a slope (2D model) and (2) a curvilinear channel with horizontal bottom (3D model). The proposed set of equations proves to be potentially capable of successfully simulating both scenarios, having even simulated a secondary helical flow in the second scenario.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-11T20:14:57Z No. of bitstreams: 1 VictorBastosDaher.pdf: 11470007 bytes, checksum: c4c09dad5a54783969499d61e91f1da5 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-22T19:15:00Z (GMT) No. of bitstreams: 1 VictorBastosDaher.pdf: 11470007 bytes, checksum: c4c09dad5a54783969499d61e91f1da5 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-22T19:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VictorBastosDaher.pdf: 11470007 bytes, checksum: c4c09dad5a54783969499d61e91f1da5 (MD5) Previous issue date: 2019-12 Uma metodologia de tratamento de dados de altimetria por satélite foi desenvolvida e aplicada para o cálculo das Anomalias da Altura da Superfície do Mar (AASM) direcionadas para a assimilação em modelos hidrodinâmicos. A região de interesse é limitada pelas latitudes de 12°S e 34°S e longitudes de 54°W e 32°W. Para tanto, foram analisados os resultados dos principais modelos de maré FES2014, TPXO9 e GOT4.8 utilizados para a estimativa da correção de maré oceânica aplicada aos dados dos satélites. Uma nova correção de maré, calculada com base nos resultados da modelagem hidrodinâmica regional utilizando o modelo HYCOM foi inserida na comparação dos modelos citados acima. Neste contexto, foi testado um método de se extrair dos resultados do HYCOM somente a altura da superfície do mar barotrópica. A definição de um comprimento de onda de corte do filtro utilizado para a eliminação dos ruídos de pequenos comprimentos de onda, presentes nos dados dos satélites, foi realizada com base no estudo do comprimento de onda da maré baroclínica existente na região de estudo. Este cálculo foi feito utilizando dados de satélites e, para isso, uma análise harmônica de maré foi testada. Os resultados apontam que os modelos de maré produzem resultados com diferenças médias de 4 cm sendo o TPXO9 o modelo que apresenta resultados mais próximos dos marégrafos. A análise harmônica de dados de satélites é robusta o suficiente para estimar as principais componentes de maré com valores que não distanciam mais de 4 cm do s modelos de maré. Com isso a aplicação desta análise possibilitou a definição do comprimento de onda da componente M2 da maré baroclínica em superfície, 140 km. As AASM resultantes ficaram compatíveis às AASM do DUACS e ATOBA, porém com uma maior preservação de energia nos sinais com comprimentos de onda superiores a 140 km. A satellite altimetry data processing methodology has been developed and applied for the calculation of Sea Surface Height Anomalies (SSHA) for assimilation in hydrodynamic models. The region of interest is limited by latitudes of 12°S and 34°S and longitudes of 54°W and 32°W. For this, the results of the main tide models FES2014, TPXO9 and GOT4.8 used to estimate the ocean tide correction applied to satellite data were analyzed. A new tidal correction calculated based on the results of regional hydrodynamic modeling using the HYCOM model was inserted in the comparison of the models mentioned above. In this context, a method of extracting from the HYCOM results only the barotropic sea surface height was tested. The definition of a cutoff wavelength of the filter used to eliminate the short wavelength noise present in the satellite data was based on the study of the wavelength of the baroclinic tide in the study region. This calculation was made using satellite data and, for this, a tidal harmonic analysis was tested. The results indicate that the tide models produce results with average differences of 4 cm and TPXO9 is the model that presents results closest to the tide gauges. Harmonic analysis of satellite data is robust enough to estimate the main tidal components with values no further than 4 cm from the tidal models. Thus, the application of this analysis made it possible to define the wavelength of the M2 baroclinic tide constituent, 140 km. The resulting AASM were compatible with DUACS and ATOBA AASM, but with a higher energy preservation on signals with wavelengths greater than 140 km.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-01T17:11:35Z No. of bitstreams: 1 GabrieleDosSantosSilva-min.pdf: 10923319 bytes, checksum: a48ccb0dd57c7276fb6dc06fc6f4d0ba (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-08T19:25:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 GabrieleDosSantosSilva-min.pdf: 10923319 bytes, checksum: a48ccb0dd57c7276fb6dc06fc6f4d0ba (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-08T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GabrieleDosSantosSilva-min.pdf: 10923319 bytes, checksum: a48ccb0dd57c7276fb6dc06fc6f4d0ba (MD5) Previous issue date: 2019-10 A compreensão da morfodinâmica praial é essencial para o gerenciamento costeiro, tendo em vista que as alterações no meio físico interferem diretamente no transporte de sedimentos. Este trabalho tem como objetivo analisar as respostas morfodinâmicas da praia da Macumba à implantação de guia-correntes na embocadura do canal de Sernambetiba e replenamento do estoque de areia da praia da Macumba, considerando um ano de condições típicas e um ano posterior a ocorrência de El Niño muito forte. Para isso foi utilizado o modelo morfodinâmico do SisBaHiA® . Os resultados indicaram que o padrão de circulação das correntes é determinado pela maré astronômica na região dos rios e canal, pela incidência de ondas na linha de costa e pela maré meteorológica no resto do domínio de modelagem. No cenário sem intervenções e com um clima de ondas de um ano pós El Niño, a região mais vulnerável a incidência de ondas é aquela localizada à oeste da pedra de Itapuã, apresentando as maiores taxas de erosão, enquanto que a região da embocadura do canal de Sernambetiba permanece assoreada durante todo o período de simulação. Com as intervenções propostas houve uma diminuição de um terço nas taxas de erosão e uma diminuição de 0,5 m para 0,2 m do assoreamento no cenário com o clima de ondas de um ano posterior ao El Niño. No cenário com intervenções e um clima de ondas típico, as taxas de erosão também diminuíram significativamente, atingindo 0,8 m, e não houve acumulação de sedimentos na embocadura do canal de Sernambetiba. Understanding beach morphodynamics is essential for coastal management, given that changes in the physical environment directly affect sediment transport. This study aims to analyze the morphodynamic responses of Macumba beach to the implementation of jetties in the mouth of the Sernambetiba channel and beach nourishment of Macumba beach, considering a year of typical conditions and a year after the occurrence of very strong El Niño. For this, the morphodynamic model of the SisBaHiA® was used. The results indicated that the current circulation pattern is determined by the astronomical tide in the river and channel region, the incidence of waves in the shoreline and the meteorological tide in the rest of the modeling domain. In the scenario without intervention and wave climate of one year after El Niño, the most vulnerable region to wave incidence is that located west of the Itapuã rock, with the highest erosion rates, while the region of Sernambetiba canal mouth remains silted throughout the simulation period. With the proposed interventions there was a one-third reduction in erosion and a reduction of 0,5 m to 0,2 m in siltation rates in the scenario with wave climate of one year after El Niño. In the scenario with intervention and typical wave climate, erosion rates also decreased significantly, reaching 0,8 m, and there was no sediment accumulated at the mouth of the Sernambetiba channel.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-05T17:02:40Z No. of bitstreams: 1 JorgeAugustoPimentelFilho-min.pdf: 6032574 bytes, checksum: 7d8bac63d97b24c03498ad8b40f97ca7 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-08T19:37:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JorgeAugustoPimentelFilho-min.pdf: 6032574 bytes, checksum: 7d8bac63d97b24c03498ad8b40f97ca7 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-08T19:37:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JorgeAugustoPimentelFilho-min.pdf: 6032574 bytes, checksum: 7d8bac63d97b24c03498ad8b40f97ca7 (MD5) Previous issue date: 2019-09 Este trabalho comparou desempenhos entre modelos híbridos Decomposição Empírica Modal (EMD)-Rede Neural Artificial (RNA) e modelos RNAs convencionais, na previsão de níveis extremos anuais que penalizam rotineiramente a cidade de Manaus, na margem esquerda do rio Negro. Diversos estudos relataram ganhos significativos de desempenho usando modelos híbridos EMD-RNA. No entanto, a transitoriedade das funções intrínsecas modais e a queda de desempenho em previsão, comparando com os estágios de treinamento e de reanálise, foram desvantagens observadas, justificando a presente investigação. Primeiro, a dinâmica tropical foi revisada, revelando peculiaridades como a dualidade entre auto-afinidade e escalas hierárquicas. Para lidar com tais particularidades, aplicou-se a Análise de Flutuação Destendenciada, mostrando relações fractais entre as TSMs, a Radiação de Onda Longa na Amazônia e os níveis em Manaus. Adicionalmente, utilizou-se a Coerência Wavelet, obtendo-se informações multi-escala em espectros tempo-freqüência. As análises possibilitaram selecionar preditores e suscitaram uma discussão sobre as causas da intensificação dos eventos críticos em Manaus nas últimas décadas. Os ganhos com os modelos híbridos foram superiores a 40% e 35% nas previsões anuais de máximas e de mínimas, respetivamente, mas revelaram uma maior variância dos resíduos, encorajando novas investigações. This work compared the performance of Hybrid Empirical Mode Decomposition (EMD)-artificial neural network (ANN) models and conventional ANN models in forecasting annual extreme water stages that routinely penalizes Manaus, on the left bank of Negro River. Several studies reported significant performance gains using Hybrid EMD-ANN models. Nevertheless, the transitoriness of Intrinsic Mode Functions (IMFs) and the forecasting performance decline, comparing with training and hindcasting stages, where observed drawbacks, yielding the present investigation. First, an integrated oceanographic, meteorological and Amazon hydrological review is conducted, exploring their relations to define the predictors of the models. The subtleties of the tropical environment produce an atmospheric characterized by the duality between self-affinity and hierarchic scales. To deal with such peculiarities, the Detrended Fluctuation Analysis (DFA) was applied, revealing fractal relations between the SSTs, the Long Wave Radiation (OLR) on the Amazon and the levels in Manaus. In addition, Wavelet Coherence (WTC) was used to provide multi-scale insight via time-frequency spectra. Those analysis enabled the predictors selection and encouraged a discussion about the causes of intensification of events in Manaus in the last decades. Hybrid models gains where superior to 40% and 35% in high and low annual peaks forecasting, respectively, but revealed higher residuals variance, encouraging further investigations.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-02-10T04:34:02Z No. of bitstreams: 1 MonicaFrickmannYoungBuckmann-min.pdf: 9326145 bytes, checksum: 9b488f2088907810018941e33ddd5493 (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-02-22T19:11:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MonicaFrickmannYoungBuckmann-min.pdf: 9326145 bytes, checksum: 9b488f2088907810018941e33ddd5493 (MD5) Made available in DSpace on 2021-02-22T19:11:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MonicaFrickmannYoungBuckmann-min.pdf: 9326145 bytes, checksum: 9b488f2088907810018941e33ddd5493 (MD5) Previous issue date: 2019-07 Este trabalho propõe uma metodologia para projeto de área hidráulica crítica de canais de maré estáveis em termos hidro-sedimentológicos, com análise de viabilidade. Um canal de maré estável é capaz de expelir o excesso de sedimentos depositados no seu interior, mantendo sua embocadura desobstruída, variando pouco ao longo de décadas. A metodologia é baseada na persistência em que a tensão de atrito exercida pelo escoamento excede a tensão crítica de mobilidade do sedimento mediano no fundo, e conforma com critérios clássicos bem estabelecidos para análises de estabilidade dinâmica de canais de maré. A pesquisa utilizou modelagem computacional com análises de 5985 casos envolvendo sistemas lagunares idealizados com um canal de maré, com diferentes amplitudes de maré, diâmetro mediano de sedimentos, áreas de espelho de água lagunar e geometria dos canais de maré morfologicamente naturais. Constatou-se que os canais estáveis que satisfazem as relações de O’Brien (P × Ac) apresentam em sua seção crítica uma persistência do excesso de tensão no fundo numa faixa entre 65% e 85% do tempo de um ciclo de maré de sizígia média. Pelas análises, conclui-se que, durante um mês lunar, a área crítica projetada de um canal de maré estável, para ser viável, deve ter correntes que mantenham persistência de excesso de tensão no fundo da área crítica em 75% do tempo, com tolerância de ±10%. Essa metodologia mostra-se mais realista, pois inclui o sedimento local, relações morfológicas de seções de naturais, variabilidade de marés no ciclo mensal, permitindo definir a viabilidade de canais de maré projetados ao indicar a geometria de seção crítica mais garantida. Vale lembrar que os critérios clássicos indicam uma área de seção crítica supostamente estável, porém, sem garantia de viabilidade. This work proposes a methodology for projecting the critical cross-sectional area of stable tidal inlets in hydro-sedimentological terms, with feasibility analysis. A stable tidal inlet can expel excess sediment deposited inside it, keeping its mouth clear, varying little over decades. The methodology is based on the persistence in which the shear stress exerted by the currents exceeds the critical mobility shear stress for the median diameter bottom sediment and conforms to well-established classical criteria for analysis of dynamic stability of tidal inlets. The research used computational modeling with analyses of 5985 cases involving idealized lagoon systems with one tidal inlet, with different tidal amplitudes, median sediment diameters, lagoon surface areas and channel geometries of the morphologically natural tidal inlets. It was found that the stable channels that satisfy the relations of O’Brien (P × Ac) show in its crosssectional area a persistence of excess shear stress in a range between 65% and 85% of the time of a tidal cycle of average spring tidal cycle. The analysis concludes that, during a lunar month, for a channel to be viable, its projected critical cross-sectional area of a stable tidal inlet must have currents that maintain persistence of excess shear stress at the bottom of the critical area in 75% of the time, with a tolerance of ± 10%. This methodology is more realistic because it includes the local sediment, morphological relationships of natural cross-sectional areas, tidal variability in the monthly cycle, allowing to define the viability of projected tidal inlets by indicating a more guaranteed critical cross-sectional area geometry. It is worth remembering that the classical criteria indicate a supposedly stable critical cross-sectional area, but without guarantee of viability.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-10-24T22:12:25Z No. of bitstreams: 1 LarissaMaiaDantasDaSilva.pdf: 23212073 bytes, checksum: a4f7de461eb86b10e8e71189201f6cd0 (MD5) Made available in DSpace on 2020-10-24T22:12:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LarissaMaiaDantasDaSilva.pdf: 23212073 bytes, checksum: a4f7de461eb86b10e8e71189201f6cd0 (MD5) Previous issue date: 2019-06 Sistemas estuarinos são ambientes dinâmicos que estão sob constante influência antrópica. Os usos das suas margens são potenciais poluidores quando em desacordo com os padrões de qualidade. As condições climáticas, hidro biológicas e geográficas fazem o estuário do rio Paraíba do Norte e a região Nordeste se destacarem quanto ao desenvolvimento industrial nas suas margens, sendo a criação de camarões em cativeiros a atividade com maior destaque. Por tais motivo, o estudo propõe, com auxílio de modelagem computacional, estudar como um sistema estuarino que possui margens divididas entre manguezais e empreendimentos de carcinicultura reage, em termos de qualidade de água, às pressões a que está exposto. Para isso fez-se o uso dos modelos do SisBaHiA® , onde foram envolvidos estudos dos padrões de circulação hidrodinâmica, dos processos de alagamento e secamento de manguezais, e do alcance e da influência da despesca nos parâmetros de OD e DBO. As simulações consideraram cenários com variabilidade sazonal e distintas cargas de efluentes, permitindo uma análise comparativa do comportamento do estuário. A circulação do estuário é dominada pelas marés e suas correntes são mais intensas durante o período de vazante, devido a influência das planícies de maré. Quanto à sazonalidade, os resultados mostram que em períodos de cheia, as condições de OD e DBO do estuário são mais afetadas, visto que a carga dos rios chegando ao estuário é elevada. Durante as secas, os efluentes da despesca tendem a ficar aprisionados no estuário, enquanto que nas cheias permanecem também na região costeira. Espacialmente, regiões com menor circulação, como as praias e os rios Mandacaru, Tambiá e Sanhauá, apresentaram menores concentrações de OD e maiores de DBO, devido a sua reduzida taxa de renovação.Por fim, a despesca da carcinicultura, mesmo em condições críticas, não produz impacto significativo nas condições de OD e DBO, quando comparado ao do aporte fluvial. Estuarine systems are dynamic environments that are under constant anthropic influence. The uses of its margins are potential polluters when in disagreement with quality standards. The climatic, hydro biological and geographical conditions make the Paraíba do Norte river estuary and the Northeast of Brazil stand out as to the industrial development in its margins, being the growth of shrimp in captivity the most important activity. For this reason, this study proposes, using computational modeling, to understand how an estuarine system that has a split margin between mangroves and shrimp farms reacts, in terms of water quality, to the pressures to which it is exposed. In order to do this, the models of the SisBaHiA® were used, where studies of hydrodynamic circulation patterns, mangrove flooding and drying processes, and the influence of the harvesting on OD and BOD parameters. By simulating scenarios with seasonal variability and different effluent loads, it was possible to analyze in a comparative way the behavior of the estuary. The circulation of the estuary is dominated by the tides and its currents are more intense during the ebb period, due to the influence of the tide plains. The temporal results showed that during the river flood time, the OD and BOD conditions of the estuary are more affected, since the load of these parameters reaching the estuary is high. During droughts, effluents tend to be trapped in the estuary, while in floods it also remains in the coastal region. Spatially, regions with smaller flows, such as the coastal areas and the Mandacaru, Tambiá and Sanhauá Rivers, have lower concentrations of OD and higher BOD, due to the reduced rate of renewal of these sites. Finally, shrimp farming, even under extreme conditions, does not have an impact on OD and BOD conditions comparable to river inputs.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2021-01-04T00:47:16Z No. of bitstreams: 1 MarioGruneDeSouzaESilva-min.pdf: 12504768 bytes, checksum: 66d5d2bd679a330d606cce55b7528fd9 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-04T00:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarioGruneDeSouzaESilva-min.pdf: 12504768 bytes, checksum: 66d5d2bd679a330d606cce55b7528fd9 (MD5) Previous issue date: 2019-04 Espectros bimodais ocorrem com bastante frequência ao redor do mundo, seja em uma região de costa aberta ou dentro de um ambiente estuarino. São caracterizados pela presença de duas frequências primárias principais, e muitas vezes associados a grupos de ondas colineares. É importante considerar que estes espectros possam ser o resultado da superposição de dois sistemas de ondas independentes com sentidos diferentes, contendo múltiplas componentes de interação onda-onda. O objetivo deste estudo é investigar as ondas Bicromáticas e Bidirecionais (Bi-Bi) para caracterizar as interações não-lineares entre pares de onda, utilizando técnicas adaptativas ao invés de técnicas espectrais tradicionais. Testes em modelo físico em uma bacia de ondas tridimensional foram conduzidos e as medições foram feitas com dois arranjos de sensores ultrassônicos de superfície livre e um arranjo de ADVs. A Transformada de Hilbert-Huang (HHT), auxiliada pela Decomposição de Modo Empírico Multivariada (MEMD), foi aplicada aos dados de velocidades orbitais e as principais características da onda de interação subtrativa (amplitude de velocidade, período e direção) foram extraídas com boa precisão em relação à teoria. Equações para a tensão de radiação resultante de um sistema Bi-Bi foram desenvolvidas. Os resultados mostram que a oscilação gerada pela onda de interferência subtrativa, comumente associada à onda de infragravidade, é capaz de gerar correntes hidrodinâmicas mesmo fora da zona de surfe com batimetria plana e horizontal, e sugerem a importância de se considerar os termos não lineares em modelos numéricos quando dois ou mais sistemas se aproximam da costa. Bimodal spectra are quite a common feature in many places around the world, either on the open coast or within estuarine environments. They may often be thought of as group of collinear waves with two primary frequencies. However, it is important to consider that these spectra may be the result of the superposition of two independent wave systems with different directions, containing multiple wave-wave interaction components. The aim of this study is to investigate Bichromatic-Bidirectional (Bi-Bi) waves to characterize the wave-wave nonlinear interactions, using adaptive techniques rather than traditional spectral techniques. A physical model test in a 3D wave basin was conducted and measurements were made with two arrays of ultrasonic sensors of free surface and one array of ADVs. The Hilbert-Huang Transform (HHT), aided by the Multivariate Empirical Mode Decomposition (MEMD), was applied to the orbital velocity data and the main characteristics of the subtractive interaction wave (velocity amplitude, period and direction) were extracted with a good precision. Equations for the radiation stresses resulting from a Bi-Bi system were developed. The results show that the oscillation generated by the subtractive wave-wave interference, commonly associated to the infragravity wave, is capable of generating hydrodynamic currents even outside the surf zone and in a flat bathymetry, and suggest the importance of considering the nonlinear terms in numerical models when two or more systems approach the shore.

Submitted by Paloma Arruda (palomaoliiveira75@gmail.com) on 2021-01-08T02:01:40Z No. of bitstreams: 1 RodrigoAmadoGarciaSilva.pdf: 8798718 bytes, checksum: abbde38461cd156d6e183079f49c1a94 (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-08T02:01:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodrigoAmadoGarciaSilva.pdf: 8798718 bytes, checksum: abbde38461cd156d6e183079f49c1a94 (MD5) Previous issue date: 2019-03 Modelos numéricos são ferramentas utilizadas com frequência no estudo de processos litorâneos. Diferentes estratégias são empregadas pelos variados sistemas de modelagem para representação do transporte de sedimentos nas direções longitudinal e transversal à zona de arrebentação. A calibração destes modelos é um desafio, especialmente para o caso de modelos de evolução de perfis de praia. Este trabalho apresenta um modelo morfodinâmico costeiro 2DH para uso em problemas de Engenharia. Tal modelo consiste no acoplamento entre um modelo de transporte longitudinal, já bem estabelecido e baseado na fórmula de Van Rijn (2007), e um modelo de transporte transversal, que se baseia na fórmula de Kriebel Dean (1984) e é o principal objeto aqui estudado. Esta última fórmula fornece a descarga sólida, para um dado sedimento, a partir da coluna de água em cada ponto da zona de arrebentação, cujos valores são previamente calculados com um modelo hidrodinâmico acoplado a um modelo de propagação de ondas. Introduziu-se ainda um novo coeficiente na fórmula de Kriebel & Dean (1984), que permitiu uma melhor calibração da direção do transporte transversal. O modelo foi validado frente a resultados de modelo físico e testado para simulação de morfodinâmica praial para problemas típicos de Engenharia Costeira. Apresenta-se ainda uma metodologia para prescrição de condições de contorno adequadas em fronteiras abertas de modelos hidrodinâmicos costeiros. Numerical Models are tools frequently used to study nearshore processes. Several strategies are employed by the various modelling systems to represent the longshore and cross-shore sediment transport in the surf zone. The calibration of these models is a challenge, especially for the case of beach profile evolution models. This work presents a 2DH coastal morphodynamic model for use in Engineering problems. This model consists of the coupling between a model of longshore transport model, already well established and based on the formula of Van Rijn (2007), and cross-shore transport model, which is based on the Kriebel & Dean (1984) formula and is the main subject here studied. The Kriebel & Dean (1984) formula provides the solid discharge, for a given sediment, from the knowledge of the water column at each point of the surf zone, of which values are previously calculated with a hydrodynamic model coupled with a wave model. The model was validated with results of physical model and tested for beach morphodynamics simulation of typical Coastal Engineering problems. One also presents a methodology for prescribing adequate boundary conditions in the open boundaries of coastal hydrodynamic models.

Submitted by Daniele Fonseca (daniele@ct.ufrj.br) on 2020-07-17T11:48:23Z No. of bitstreams: 1 DanielVillelaRunkelDeSousa-min.pdf: 4612244 bytes, checksum: 4a8afd8c90bbbf09ecdbd63629d15cd0 (MD5) Made available in DSpace on 2020-07-17T11:48:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DanielVillelaRunkelDeSousa-min.pdf: 4612244 bytes, checksum: 4a8afd8c90bbbf09ecdbd63629d15cd0 (MD5) Previous issue date: 2018-11 Esta tese apresenta uma investigação sobre a modelagem computacional de decomposição aquática de matéria orgânica vegetal durante o enchimento de reservatórios e remansos de barramentos fluviais. Parte-se de estabelecer conceitos relacionados a tal fenômeno, buscando definições e parâmetros das principais correntes de estudo, em especial no que tange escalas temporais. Em seguida, propõe-se um modelo de qualidade de água baseado na variável carbono orgânico dissolvido (COD), além de compará-lo a um modelo validado, baseado na Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO), através de simulação do enchimento da UHE Tibagi (PR). Por fim, opera-se experimentos laboratoriais com amostras da região simulada, para determinar fatores relevantes ao uso de dados de campo em modelagem computacional. Os resultados sustentam os novos modelos conceituais de decaimento múltiplo, sendo conclusiva a validade de maior integração das áreas de estudo da decomposição aquática de fitomassa. This thesis presents an investigation on computational modelling of aquatic decomposition of plant organic matter during the filling of fluvial reservoirs and dam’s backwaters. It begins by establishing concepts related to the phenomena, searching for definitions and parameters from the main fields of research, especially regarding time scales. Next, it proposes a water Quality model based on the variable dissolved organic carbon (DOC), besides making a comparison to a validated model, based on the biochemical oxygen demand (BOD), through the simulation of the filling of Tibagi HPP (Paraná state, Brazil). At last, it operates laboratory experiments with samples of the simulated region, in order to determine relevant factors to the usage of filed data on computational Modelling. The results sustain the new conceptual models of multiple decay, leading to a conclude the validity of more integration between areas that study phytomass aquatic decomposition.

Submitted by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2020-03-05T15:04:07Z No. of bitstreams: 1 VeronicaSilveiraDeAndrade.pdf: 17243026 bytes, checksum: 4c977c1c5cd69c1117dcec5b5b61544c (MD5) Made available in DSpace on 2020-03-05T15:04:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VeronicaSilveiraDeAndrade.pdf: 17243026 bytes, checksum: 4c977c1c5cd69c1117dcec5b5b61544c (MD5) Previous issue date: 2018-06 A compreensão dos processos que influenciam a qualidade de água em sistemas estuarinos é fundamental para orientar políticas de gestão ambiental. Esses ambientes, quando em zonas urbanas, podem ser fortemente impactados por ações antrópicas. Nesse sentido, este trabalho explora o uso de modelagem computacional para ampliar o conhecimento sobre o sistema estuarino da Baía de Guanabara (BG). O estudo foi realizado por meio de simulações computacionais de circulação hidrodinâmica, análises de tempos hidráulicos característicos e de qualidade da água com a utilização de modelos do SisBaHiA (www.sisbahia.coppe.ufrj.br). Os resultados das simulações hidrodinâmicas detalham bem os padrões de circulação na BG, em conformidade com dados conhecidos. Os modelos de Taxas de Renovação e Idade da Água mostram como as trocas de massas de água na BG variam no tempo e no espaço. Estes modelos apontam que as águas permanecem no interior na Baía por um longo período de tempo. Por fim, os Modelos de Qualidade da Água detalharam distribuições espaço temporais de DBO, OD, compostos de fósforo e de nitrogênio, cujo conhecimento restringe-se a dados coletados em tempos irregulares em localidades esparsas. Os resultados modelados foram comparados com limites da Resolução CONAMA nº 357/2005 para classe 2. Nessa análise, a região oeste da BG foi apontada com piores resultados para DBO, OD e Nitrogênio. Nesse último, sugerem-se novos estudos com dados medidos de todos seus compostos inorgânicos. Nas análises de fósforo total, quase toda extensão da BG encontra-se em desacordo com os parâmetros da legislação. Em geral, os resultados refinam e ampliam estudos mais genéricos, como a Pontuação de Saúde Ambiental gerada no Projeto de Recuperação Ambiental (PRA-Baía). Para ampliar a confiabilidade dos modelos, e sua aplicação como ferramenta de gestão, recomenda-se o uso de modelos computacionais de forma integrada. The understanding of the processes that influence the quality of water in estuarine systems is key to guiding environmental management policies. These environments, when in urban areas, can be strongly impacted by anthropic actions. In this sense, this work explores the use of computational modeling to increase knowledge about the estuarine system of Guanabara Bay (BG). The study was carried out through computational simulations of hydrodynamic circulation, analysis of characteristic hydraulic times and water quality with models from SisBaHiA (www.sisbahia.coppe.ufrj.br). The results of the hydrodynamic simulations detail circulation patterns in BG in accordance with known data. The Renewal Rate and Water Age models show how exchanges in BG water mass vary in time and space. These models point out that the waters remain inland on the Bay for a long period of time. Finally, the Water Quality Models detailed spatial time distributions of BOD, OD, phosphorus and nitrogen compounds, whose knowledge is restricted to data collected at irregular times in sparse locations. The results were compared with the limits of CONAMA Resolution nº 357/2005 for class 2. In this analysis, the western region of the BG was indicated with worse results for BOD, OD and nitrogen. It is advised new studies with measured data of all its inorganic compounds of nitrogen. In the analysis of total phosphorus, almost all extension of the BG is in disagreement with the parameters of the legislation. In general, the results refine and broaden more generic studies, such as the Environmental Health Score generated in the Projeto de Recuperação Ambiental (PRA-Bahia). In order to increase the reliability of the models, and their application as a management tool, it is recommended to use computer models in an integrated way to the data monitoring.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-04-03T16:18:41Z No. of bitstreams: 1 865060.pdf: 893979 bytes, checksum: 0c721127fcc32ea5c25b1582e835fa2e (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-03T16:18:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 865060.pdf: 893979 bytes, checksum: 0c721127fcc32ea5c25b1582e835fa2e (MD5) Previous issue date: 2017-12 A redução deliberada da velocidade dos navios de carga é conhecida como Slow Steaming, e entre seus principais benefícios estão a redução de consumo de combustível e por consequência das emissões de gases de efeito estufa. Por outro lado, o conhecimento das marés em regiões costeiras é muito importante para a navegação, especialmente em áreas onde a diferença entre maré alta e baixa é substancial como acontecem nos portos de maré. A presente dissertação apresenta uma estratégia para a otimização do consumo de combustível e redução do tempo de espera para ingresso do navio no porto, pela restrição de calado. Dessa forma, foi adotada a otimização matemática com restrições, para identificar a configuração ótima. Os resultados do exemplo de aplicação na Baía de São Marcos, mostram mediante uma ferramenta de otimização, a combinação de velocidades para minimizar custos energéticos, e calcula-se os intervalos de tempo no qual o navio ingressa no porto pela elevação requerida. De acordo com os resultados chegou-se à conclusão que existe uma redução dos custos de viagem, quando o navio está operando com uma ou mais das suas unidades de propulsão na condição de Slow Steaming. Slow steaming in the approach of a ship to a tidal port taking into account tides results in ship fuel consumption and waiting cost reduction and a concomitant decrease in greenhouse gas emissions. In this dissertation, a mathematical optimisation model is developed for the formulation of this problem. The aforesaid model is computationally implemented employing optimisation and computational fluid dynamics program. The model is applied to a hypothetical example and a real life case study based on São Marcos Bay, Maranhão, Brazil.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-04-25T18:23:55Z No. of bitstreams: 1 867859.pdf: 18316240 bytes, checksum: 1933710d474e8534d308723b4e655fcb (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-25T18:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 867859.pdf: 18316240 bytes, checksum: 1933710d474e8534d308723b4e655fcb (MD5) Previous issue date: 2017-05 Desde a década de 1970, as águas do Sistema Lagunar de Jacarepaguá (SLJ) recebem grandes crescentes cargas de águas residuais, ricas em matéria orgânica, oriundas de fontes urbanas e industriais. Este trabalho avaliou, através de modelagem computacional, os efeitos que obras hidráulicas no SLJ suscitariam na circulação hidrodinâmica local e na qualidade de suas águas e das praias adjacentes à embocadura. Tais obras são: desobstrução de canais e recuperação de espaços aquáticos via dragagens e aumento da seção hidráulica da embocadura do canal da Joatinga com alterações do guia-correntes. As intervenções consideradas propiciaram o aumento do prisma de maré nos principais canais do sistema. Permitiram também maior renovação de suas águas, principalmente para as lagoas de Jacarepaguá e Marapendi. Com o maior volume de águas que entra no sistema, há uma maior diluição e consequente diminuição da concentração de coliformes termotolerantes. O prolongamento do guia-correntes beneficiou as condições de balneabilidade das praias adjacentes ao canal da Joatinga. Since the 1970s, the waters of the Jacarepaguá’s System have received large and growing loads of wastewater, rich in organic matter, from urban and industrial sources. This work evaluated, through computational modeling, the effects that hydraulic works in the lagoon system would induce in the local hydrodynamic circulation and in the quality of it waters and also of the adjacent beaches. These works are: clearing of channels and recovery of aquatic spaces through dredging and improvement of hydrodynamic conditions at the mouth of the Joatinga channel, modifying the jetties. The interventions considered propitiated the increase of the tide prism in the main channels of the system. They also allowed greater renewal of its waters, mainly to the lagoons of Jacarepaguá and Marapendi. The increase of water entering the system leads to a greater dilution and consequent decrease in the concentration of thermotolerant coliforms. The extension of the jetties improved the bathing conditions of the adjacent beaches.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-04-25T14:09:11Z No. of bitstreams: 1 865149.pdf: 3865295 bytes, checksum: 7eb1dbf176e52abe3e1e5627a805ed6c (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-25T14:09:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 865149.pdf: 3865295 bytes, checksum: 7eb1dbf176e52abe3e1e5627a805ed6c (MD5) Previous issue date: 2017-03 A variabilidade de mesoescala associada ao meandramento e geração de vórtices pela Corrente do Brasil (CB) ao largo do Cabo de São Tomé foi estudada, de 2005 a 2012, com base na análise integrada de séries temporais de velocidade da corrente, campos de anomalia de altura da superfície do mar (AASM), clorofila-a e temperatura da superfície do mar (TSM), perfis de temperatura obtidas por XBT e perfiladores ARGO (e salinidade). Processos de formação de grandes meandros e vórtices tiveram uma periodicidade relacionada a picos de densidade espectral centrado entre 70 a 100 dias. A estrutura bimodal da frente térmica mostrou-se mais frequente associada a formação mútua de meandros do que a formação de vórtices. A interação da mesoescala com o sistema Corrente do Brasil-Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) ocorreu até pelo menos 900 m de profundidade. Durante a formação dos vórtices observou-se na distribuição de energia cinética uma dominância do modo barotrópico. Dos 22 vórtices rastreados, 6 destacaram-se da CB como anéis isolados e foram emitidos e 16 permaneceram como vórtices frontais. Dos anéis, 4 migraram em direção ao norte e 2 em direção ao sul. Em média os vórtices que se destacaram foram maiores, intensos e duradouros do que os vórtices frontais. Seções de XBTs, permitiram determinar a estrutura termohalina e de velocidade geostrófica estimada de 7 vórtices. Nestes a energia cinética variou de 1 a 2 PJ e a energia potencial disponível variou de 0,06 a 1,1 PJ. A variabilidade de mesoescala associada ao meandramento e geração de vórtices pela Corrente do Brasil (CB) ao largo do Cabo de São Tomé foi estudada, de 2005 a 2012, com base na análise integrada de séries temporais de velocidade da corrente, campos de anomalia de altura da superfície do mar (AASM), clorofila-a e temperatura da superfície do mar (TSM), perfis de temperatura obtidas por XBT e perfiladores ARGO (e salinidade). Processos de formação de grandes meandros e vórtices tiveram uma periodicidade relacionada a picos de densidade espectral centrado entre 70 a 100 dias. A estrutura bimodal da frente térmica mostrou-se mais frequente associada a formação mútua de meandros do que a formação de vórtices. A interação da mesoescala com o sistema Corrente do Brasil-Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) ocorreu até pelo menos 900 m de profundidade. Durante a formação dos vórtices observou-se na distribuição de energia cinética uma dominância do modo barotrópico. Dos 22 vórtices rastreados, 6 destacaram-se da CB como anéis isolados e foram emitidos e 16 permaneceram como vórtices frontais. Dos anéis, 4 migraram em direção ao norte e 2 em direção ao sul. Em média os vórtices que se destacaram foram maiores, intensos e duradouros do que os vórtices frontais. Seções de XBTs, permitiram determinar a estrutura termohalina e de velocidade geostrófica estimada de 7 vórtices. Nestes a energia cinética variou de 1 a 2 PJ e a energia potencial disponível variou de 0,06 a 1,1 PJ.

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-04-05T16:24:36Z No. of bitstreams: 1 865155.pdf: 12127997 bytes, checksum: b7c42014e80b3e701432dd117d7badae (MD5) Made available in DSpace on 2019-04-05T16:24:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 865155.pdf: 12127997 bytes, checksum: b7c42014e80b3e701432dd117d7badae (MD5) Previous issue date: 2017-03 A maioria das fórmulas de transporte de sedimentos é parametrizada em termos de tensões no fundo definidas a partir de velocidades promediadas na vertical (2DH). No cálculo usual, presume-se que a direção do transporte de sedimentos segue a do vetor velocidade 2DH, (Meyer-Peter e Müller (1948); Engelund e Hansen (1967); Van Rijn (1984, 2007). Processos morfodinâmicos são tridimensionais, portanto modelos 3D podem ser mais adequados para representá-los. De fato, em algumas situações a direção das correntes próximas ao fundo pode ser ignificativamente diferente da direção das correntes médias na vertical. Como a maior parcela do transporte de sedimentos ocorre próximo ao fundo, é importante adotar uma direção de transporte mais realista que a definida por correntes 2DH. As tensões geradas pelas ondas de vento também interferem no transporte sólido, pois a ação conjunta de ondas e correntes promove um aumento da capacidade de transporte. Este trabalho visa avaliar efeitos de ajustar a direção das correntes junto ao fundo via modelos 3D versus correntes 2DH, e também efeitos devido à ação de ondas na modelagem de transporte de sedimentos não coesivos. Nas análises comparativas adotou-se modelagem hidrodinâmica 2DH e 3D do SisBaHiA® (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental – www.sisbahia.coppe.ufrj.br), com acoplamento de modelos de geração de ondas e de transporte de sedimentos com evolução morfológica. As análises indicam mudanças significativas no transporte de sedimentos, quando efeitos de ondas e direção de correntes junto ao fundo são consideradas, em comparação ao cálculo usual 2DH. Most of the sediment transport formulas is parameterized in terms of a bottom shear stress defined from vertical velocities (2DH). In the usual calculation, is assumed that the direction of sediment transport follows the vector velocity 2DH, (Meyer-Peter and Müller (1948), Engelund and Hansen (1967), Van Rijn (1984, 2007). Morphodynamic processes occur in three-dimensions, hence 3D models are more realistic to represent them. In fact, in some situations the direction of currents near to the bottom may be significantly different from the direction of the vertical currents. As the largest portion of sediment occurs by bead-load transport (near the bottom), it is important to assume a more realistic transport direction than that defined by 2DH currents. The wind waves also interfere in the solid transport, as the combined wacecurrents interaction promotes an increase of the transport capacity. This work aims to evaluate the effects of adjusting the direction of currents near the bottom via 3D models versus 2DH currents, as well as effects due to wave action in of non-cohesive sediments models. In the comparative analyzes 2DH and 3D hydrodynamic models of the SisBaHiA® (Base System of Environmental Hydrodynamics - www.sisbahia.coppe.ufrj.br) was adopted, with the coupling of wave generation and transport models sediments with morphological evolution. The analyzes indicate significant changes in sediment transport, when the effects of waves and direction of currents near the bottom are considered, compared to the usual 2DH approach.

Submitted by Maykon Nascimento (maykon.albani@hotmail.com) on 2015-09-03T20:43:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Modelo de escoamento multifasico para estudo da interacao onda sedimento.pdf: 5609374 bytes, checksum: e7b377578e62f1a8dd61ad6f5a35b06d (MD5) Approved for entry into archive by Elizabete Silva (elizabete.silva@ufes.br) on 2015-09-11T19:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Modelo de escoamento multifasico para estudo da interacao onda sedimento.pdf: 5609374 bytes, checksum: e7b377578e62f1a8dd61ad6f5a35b06d (MD5) Made available in DSpace on 2015-09-11T19:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Modelo de escoamento multifasico para estudo da interacao onda sedimento.pdf: 5609374 bytes, checksum: e7b377578e62f1a8dd61ad6f5a35b06d (MD5) Previous issue date: 2015 FAPES Modelos de escoamento multifásico são amplamente usados em diversas áreas de pesquisa ambiental, como leitos fluidizados, dispersão de gás em líquidos e vários outros processos que englobam mais de uma propriedade físico-química do meio. Dessa forma, um modelo multifásico foi desenvolvido e adaptado para o estudo do transporte de sedimentos de fundo devido à ação de ondas de gravidade. Neste trabalho, foi elaborado o acoplamento multifásico de um modelo euleriano não-linear de ondas do tipo Boussinesq, baseado na formulação numérica encontrada em Wei et al. (1995), com um modelo lagrangiano de partículas, fundamentado pelo princípio Newtoniano do movimento com o esquema de colisões do tipo esferas rígidas. O modelo de ondas foi testado quanto à sua fonte geradora, representada por uma função gaussiana, pá-pistão e pá-batedor, e quanto à sua interação com a profundidade, através da não-linearidade e de propriedades dispersivas. Nos testes realizados da fonte geradora, foi observado que a fonte gaussiana, conforme Wei et al. (1999), apresentou melhor consistência e estabilidade na geração das ondas, quando comparada à teoria linear para um kh   . A não-linearidade do modelo de ondas de 2ª ordem para a dispersão apresentou resultados satisfatórios quando confrontados com o experimento de ondas sobre um obstáculo trapezoidal, onde a deformação da onda sobre a estrutura submersa está em concordância com os dados experimentais encontrados na literatura. A partir daí, o modelo granular também foi testado em dois experimentos. O primeiro simula uma quebra de barragem em um tanque contendo água e o segundo, a quebra de barragem é simulada com um obstáculo rígido adicionado ao centro do tanque. Nesses experimentos, o algoritmo de colisão foi eficaz no tratamento da interação entre partícula-partícula e partícula-parede, permitindo a evidência de processos físicos que são complicados de serem simulados por modelos de malhas regulares. Para o acoplamento do modelo de ondas e de sedimentos, o algoritmo foi testado com base de dados da literatura quanto à morfologia do leito. Os resultados foram confrontados com dados analíticos e de modelos numéricos, e se mostraram satisfatórios com relação aos pontos de erosão, de sedimentação e na alteração da forma da barra arenosa Multiphase flow models are widely used in many fields of environmental research, such as fluidized beds, gas dispersion in liquids, dam breaks, oil spill and others physical and chemical processes that use more than one property. Thus, a multiphase model to study the dynamics of two distinct properties represented on reference Eulerian-Lagrangian was developed. In order to study the dynamics of sediment transport due to wave’s action, a non-linear wave Boussinesq model in Eulerian frame, in which the numerical formulation based on Wei et al. (1995), and a Lagrangian particle model, whose formulation is given by the Newtonian principle of motion, has been developed. In the Lagrangian particle model was added the scheme of hard-spheres particle collision. The coupling between the two models has been doing with the wave transferring momentum to sediment particles, which is carried by the flow. For the wave’s model, the wave maker, defined by a Gaussian function, piston-paddle and flap-paddle, and the effects due to the depth of the waves were tested. The Gaussian wave maker showed better consistency in the generation of waves, getting errors about 0.11% compared to the linear theory for kh   . The wave’s nonlinearity simulated by the 2nd order dispersion Boussinesq-wave model showed satisfactory results when compared with experiment of wave propagation over a trapezoidal obstacle, where the deformation of the wave on the underwater structure is in agreement with literature data. In addition to the granular model was also tested in two experiments: the first, which simulates a dam break in a tank containing water-air; and the second experiment, the dam break interact with an obstacle in the center of the tank. In both experiments, the collision model was effective in the treatment of the interaction between the particles and the wall, and allowed the evidence of physical processes that are complicated to be simulated by models that use regular grids. For the coupling of wavesediment model, the algorithm has been tested with data obtained from the literature as the morphology of the bed. The results were compared with analytical data and numerical models, and it showed a certain agreement on points of erosion, sedimentation and change in shape of the sand bar

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2014-10-15T19:57:20Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Concluída_25082014_Biblioteca.pdf: 8034449 bytes, checksum: 40187c16359cddf014611fe46a254055 (MD5) Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2014-10-15T19:58:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação_Concluída_25082014_Biblioteca.pdf: 8034449 bytes, checksum: 40187c16359cddf014611fe46a254055 (MD5) Made available in DSpace on 2014-10-15T19:58:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação_Concluída_25082014_Biblioteca.pdf: 8034449 bytes, checksum: 40187c16359cddf014611fe46a254055 (MD5) Estuários são ambientes de transição entre o oceano e o continente, onde a água do mar é constantemente diluída pelas águas oriundas da drenagem continental, e a salinidade exerce fator determinante na caracterização desses ambientes, razão que, variações no padrão de concentrações determinam o deslocamento e a seleção do biota no ecossistema. A presença de barramento à montante regularizando o aporte de águas doce e materiais dissolvidos e particulados de origem fluvial no estuário exerce impactos consideráveis no processo de diluição das águas. Modelagem ambiental, utilizando-se da construção de cenários pelos modelos matemáticos, tem sido aplicada em estudos, com o objetivo de analisar tais impactos, no comportamento hidrodinâmico e da qualidade de água desses ambientes. O modelo SisBaHiA foi a ferramenta utilizada neste trabalho para a análise dos fenômenos envolvidos nos padrões de circulação das águas e o transporte e dispersão de sais no trecho do baixo curso do rio Paraguaçu à baía do Iguape. Os cenários propostos foram desenvolvidos levando em consideração os aspectos de quantidade, qualidade e sazonalidade das vazões como determinante na elaboração dos hidrogramas ambientais para ser incorporado no regime de operação da UHE Pedra do Cavalo,considerando os períodos hidrológicos característicos da região, as demandas prioritárias, o ecossistema e as populações ribeirinhas que habitam as margens do trecho luvioestuarino, e utilizam-se dos recursos disponibilizados pelo ambiente. Os cenários modelados identificaram os padrões de circulação hidrodinâmica e a verificação da intrusão salina através da identificação da isohalina 5‰ no ambiente, relacionada com a magnitude das vazões operadas, auxiliando no processo de definição do ambiente que deverá ser mantido na região, atendendo aos diversos interesses da população e do ecossistema estuarino. Estuaries are transitional environments between the ocean and the land, where the sea water is constantly diluted by waters originating from continental drainage and salinity exerts a determining factor in the characterization of these environments, so that variations in the pattern of concentrations determine the displacement and selection of species in the ecosystem. The presence of barrier upstream regulating the supply of fresh water and dissolved and particulate materials of fluvial origin in the estuary exerts considerable impacts on the water dilution process. Environmental modeling, using the construction of scenarios by mathematical models, has been applied in studies aiming to analyze these impacts on the hydrodynamics and water quality of these environments. The SisBaHiA model was the tool used in this paper for the analysis of the events involved in the circulation patterns of water and transport and dispersion of salts in the stretch of the lower course of the Paraguaçu river to the Iguape bay. The proposed scenarios were developed taking into consideration the quantity, quality and seasonality of the flows to create environmental hydrographs to be incorporated into the operating plans of Pedra do Cavalo hydroelectric plant, considering the hydrological conditions characteristic of the region, the critical water demands, and the riverside ecosystems and populations that inhabit the banks of the fluvial estuarine stretch and use the resources of this environment. The modeled scenarios identified patterns of hydrodynamic circulation and verification of salt intrusion by identifying the 5‰ isohaline in the environment related to the magnitude of flows used to operate the plant, assisting in the process of determining the appropriate environment that should be maintained for the region, given the diverse interests of the estuarine population and ecosystem.

Trabalhos anteriores na região das baías de Ilha Grande e Sepetiba (BIGS) buscaram representar a contribuição da maré astronômica, de rios e dos ventos locais na circulação hidrodinâmica, cujos efeitos causam correntes relativamente intensas na porção interior da baía de Sepetiba (BS), de até 60 cm/s, e mais fracas na baía de Ilha Grande (BIG), e no entorno da Ilha Grande (IG), com valores da ordem de 20 cm/s. Nas duas últimas regiões, as correntes de maré meteorológica, advindas dos efeitos subinerciais provenientes de ondas de plataforma continental (OPC), modulam as correntes de maré, com intensidades de até 60cm/s no Canal da IG, CIG, até 40cm/s na BIG, exercendo um papel preponderante na circulação local. Na BS representam um resíduo da ordem de 5 cm/s. Esta tese apresenta uma contribuição à descrição desses efeitos subinerciais, que são de fundamental importância para a caracterização completa da circulação na BIGS. A metodologia consistiu na utilização dos resultados de simulações do modelo oceânico global HYCOM em alta resolução, em cenários de verão e inverno, para a representação dos efeitos da OPC na simulação costeira da BIGS no modelo SisBaHiA. Os resultados, avaliados com dados in situ disponíveis, indicam que, no inverno, a circulação subinercial promove um incremento substancial da circulação nas entradas da BIG e SEP, e entorno da IG, com uma menor contribuição na BS. O T50, ou tempo de renovação de 50% das águas na BIGS, reduziu-se à metade. No verão, as simulações mostram um acréscimo no transporte, porém com menor renovação diluição em relação ao inverno. Este estudo fornece uma maior eficiência na avaliação da circulação residual, de grande importância nos estudos de transporte de sedimentos, trajetória de poluentes, qualidade de água, etc. Previous works in the region of Ilha Grande and Sepetiba Bay (BIGS) sought the representation of astronomical tide, rivers and local winds contributions in its circulation, whose effects cause relatively strong currents in the interior portion of Sepetiba’s Bay (BS), up to 60 cm/s, and weaker in the Ilha Grande Bay (BIG) and around the Ilha Grande (IG), up to 20cm/s. In the last two places, meteorological tide currents, due subinercial effects from continental shelf waves (CSW), modulating astronomical tide currents, with intensity values up 60 cm/s, in the IG Channel and up to 40 cm/s in the BIG, playing a major rule in its circulation. In the BS the residual circulation has a magnitude of 5 cm/s or less. This thesis presents a contribution to the description of subinercial effects that are of fundamental importance for a better characterization of the BIGS circulation. The methodology consisted in using results from the HYCOM global ocean model, grid of 1/12 °, in Summer and Winter scenarios, to represent CSW’s effects into a coastal simulation of BIGS with the SisBaHiA model. The results, evaluated against available in situ data, indicated that during the winter, the subinercial contribution caused a substantial increase of circulation in the BIG and the SEP entrances, and around IG, with a minor contribution into BS. The T50, i.e. the time for renewal of 50% of the water into the BIGS, was reduced by a half. Summer’s simulations showed an increase in transport, although with less renewal then in the winter. This study provides an adequate evaluation of the effects of residual circulation in the BIGS, which are very important for the studies concerning sediment transport, pollutants tracking, water quality, etc.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2019-01-31T12:30:54Z No. of bitstreams: 1 174483.pdf: 2380962 bytes, checksum: 28e46c1f8dfcf7fdf2c4b20c1983ba48 (MD5) Made available in DSpace on 2019-01-31T12:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 174483.pdf: 2380962 bytes, checksum: 28e46c1f8dfcf7fdf2c4b20c1983ba48 (MD5) Previous issue date: 1992-03 Esta tese trata da determinação do coeficiente de dispersão longitudinal (DL) em rios, através de fórmulas empíricas, métodos analíticos e métodos que utilizam resultados de ensaios com traçadores. Valores de DL são calculados em diferentes condições de vazão em um trecho do rio Paraíba do Sul e também no trecho compreendido entre a Estação Elevatória de Santa Cecília e a Estação de Tratamento de água do Guandu, onde foram realizados vários ensaios, de longa duração, com o uso de traçadores fluorescentes. No mesmo rio foi realizado um ensaio, de curta duração, para a determinação experimental do coeficiente de difusão transversal. É feita uma análise comparativa do desempenho dos três traçadores fluorescentes utilizados nos ensaios de longa e curta duração (Uranina, Amidorodamina G e Sulforodamina B). This thesis presents the determination of the longitudinal dispersion coefficient (DL) in rivers, applying empirical equations, analytical methods and methods that use results obtained from tracer experiments. The values of DL were calculated under different flow conditions of the Paraíba do Sul river and also in the reach Santa Cecília Pumping Station - Guandu Water Treatment Plant, where many long-term experiments with fluorescent tracers were carried out. In the same river a short-term experiment was conducted to experimentally determine the transversal diffusion coefficient. A comparative analysis of the experimental performance of each of three fluorescent tracers (Uranine, Amidorhodamine G and Sulphorohodamine B) in the long and short-term experiments is presented.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2018-05-23T16:15:51Z No. of bitstreams: 1 173827.pdf: 2499055 bytes, checksum: 04c4a14bb9ae82b4bac119016bf25db0 (MD5) Made available in DSpace on 2018-05-23T16:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 173827.pdf: 2499055 bytes, checksum: 04c4a14bb9ae82b4bac119016bf25db0 (MD5) Previous issue date: 1991 A modelação numérica via elementos finitos pode representar os contornos de um corpo d'água irregular de modo mais eficiente que modelos em diferenças finitas. Entretanto, os modelos em diferenças finitas são usualmente resolvidos através de algoritmos altamente eficientes, como por exemplo o ADI ("Alternate Direction Implicit"). Através de um desacoplamento no cálculo das diversas variáveis (elevação do nível d'água, componentes da velocidade, salinidade, etc... ) reduz-se o problema à soluções múltiplas de sistemas tridiagonais. Tais esquemas, infelizmente, não são aplicáveis a elementos finitos, tornando o custo computacional, neste caso, bem mais alto. O presente trabalho propõe um esquema numérico que resolve as equações do movimento através de substituições sucessivas na equação da continuidade, permitindo o desacoplamento, mesmo em elementos finitos, com grande eficiência. São apresentados os resultados de investigações preliminares, nas quais, para testar a viabilidade do esquema, utilizaram-se dois modelos em diferenças finitas para a simulação das condições de escoamento em canais de maré, a partir de uma formulação matemática unidimensional. Um modelo resolve as equações do movimento acopladas, e o outro utiliza o esquema desacoplado proposto. Verificaram-se assim condições de estabilidade numérica mais rigorosas na utilização do modelo desacoplado, isto porém em se tratando de simulações de casos extremos (para valores já bastante elevados do número de Courrant). Em condições usuais de simulação, o modelo desacoplado proposto mostrou-se praticamente equivalente ao modelo acoplado, tanto em termos de desempenho numérico quanto em precisão de resultados. Tais resultados permitem antever, de forma cautelosa, excelentes possibilidades para a extensão da técnica a modelos de circulação multidimensionais, empregando inclusive esquemas de elementos finitos, com ganhos significativos em espaço de memória e tempo de processamento. The numerical modelation by the means of finite elements can represent the frontiers of an irregular water body more eficiently than those models employing finit differences. However, finit differences models are usually solved through highly efficient algorithims, such as the ADI (Alternate Direction Implicit). Through an uncoupling in the calculation of the multiple variables (e.g. water level elevation, velocity components, salinity, etc ... ) it is possible to reduce the problem to multiple solutions of tridiagonal systems. Such algoritims, unfortunatly, are not useful in the case of finit elements, what increases its computational costs. The present thesis proposes a numerical algoritm which solves the equations of movement by making successive substitutions in the continuity equation, allowing uncoupling, even for finite elements, with great efficiency. The results of the preliminary investigation are presented, in which, in order to test the algorithim feasibility, two finite differences models for the simulation of the flow conditions in tidal canals were used, based on a one dimensional mathematics formulation. One of them solves the governant equations in an coupled way, and the other uses the proposed uncoupled algorithim. More rigorous numerical stability conditions were then verified in using the un-coupled model, but specifically in the simulations of extreme cases (with Courrant number already highly valued). For usual simulation conditions, the uncoupled model proposed was almost effectively equivalent to the conventional coupled model, concerning both, numerical process and results' precision.Such results allow the cautelous prevision of excelent possibilities concerning the extension of this technique to multidimensional circulation models, even using finite elements algorithims, leading to a significant economy of memory space and processing time.

Submitted by Alberto Vieira (alberto@sibi.ufrj.br) on 2021-02-05T19:16:42Z No. of bitstreams: 1 170968.pdf: 1252599 bytes, checksum: ad7618f8b30387f361f6d4440e5768ae (MD5) Approved for entry into archive by Moreno Barros (moreno@ct.ufrj.br) on 2022-06-14T18:26:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 170968.pdf: 1252599 bytes, checksum: ad7618f8b30387f361f6d4440e5768ae (MD5) Made available in DSpace on 2022-06-14T18:26:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 170968.pdf: 1252599 bytes, checksum: ad7618f8b30387f361f6d4440e5768ae (MD5) Previous issue date: 1990-03 Esta tese consiste em uma formulação de diferenças finitas para solução da equação de difusão-advecção unidimensional, com aproximação regressiva do termo advectivo utilizando o esquema QUICKEST (Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics with Estimated Streaming Terms). Para problemas onde o transporte advectivo é significativo, a solução via diferenças finitas com esquemas tradicionais apresenta problemas numéricos de oscilação e amortecimento da frente de onda. O presente estudo comprova o melhor desempenho do algoritmo QUICKEST na previsão do transporte e diluição de poluentes comparado com resultados de outras formulações. Diversos tipos de efluentes com diferentes termos de reação química são analisados, e seu lançamento acidental simulado com base em dados de campo obtidos em ensaios no rio Paraíba do Sul. O modelo desenvolvido mostrou-se eficiente, podendo ser facilmente implantado em microcomputadores. This thesis consists in a finite difference Formulation for solution of the one-dimensional Advection-diffusion equation, with an upstream approximation of the advective term using the QUICKEST (Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics with Estimated Streaming Terms ) scheme. For problems in which adjective transport is significant, finite difference solutions employing traditional schemes present numerical problems of oscillation and smoothing of the wave front. The present study shows the better behavior of the QUICKEST algorithm for computing the transport and dillution of pollutants, compared with results obtained with other formulations. Several types of" effluents with different chemical reaction terms are analyzed, and their accidental discharge simulated based on field data obtained from studies carried out in the Paraíba do Sul river. The model developed has shown to be efficient and can be easily implemented in microcomputers.