HEC RAS ABORDAGEM BIDIMENSIONAL

A simulação com o HEC RAS abordagem bidimensional foi inicialmente dividida em dois esquemas, um que utiliza a equação completa e o outro que utiliza a simplificação da onda de difusão. Mas, no processo de construção deste trabalho, no momento em que começou a avaliação dos resultados, que abandonavam as expectativas iniciais, e, portanto, iniciou-se um processo de autocrítica do trabalho, buscando avaliar todo o processo de modelagem, com objetivo de dirimir qualquer equívoco provocado por escolhas do modelador.

Assim, diferentes condições de contorno e inicial foram testadas. Neste espaço de tempo, o fabricante do modelo lançou uma nova versão do modelo HEC RAS 5.0.4, que adicionou fermentas muito úteis no modelo como: a malha ter diferenciação de tamanho, facilidades na importação de arquivos do tipo

shape e uma mudança no método numérico que aumentou a velocidade de computação. Em comparação com a versão anterior, o modelo é de duas a cinco vezes mais rápido na geração de resultados.

Então, o autor experimentou simular os projetos criados na versão anterior 5.0.3. na versão 5.0.4 e, surpreendentemente os resultados obtidos foram muito diferentes, quando utilizado o equacionamento de Saint Venant, aumentando ainda mais a divergência dos resultados.

Como será visto adiante, os novos resultados eram mais próximos dos resultados encontrados pelo modelo IBER. E com esse resultado, foi necessário

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realizar um novo processo de modelagem, utilizando a versão 5.0.4 que posteriormente foi substituída pela versão 5.0.5 que corrigiu um erro que não possibilitava a mudança do coeficiente de rugosidade de forma direta pela janela de geometria, a mudança dos coeficientes só eram alterados se fosse importado novos mapas de uso do solo.

Portanto, esta nova versão, que resultou em diferentes resultados na modelagem forçaram dois processos de construção da modelagem, um usando o modelo 5.0.3 e o segundo o usando o modelo 5.0.5 em ambas as versões se utilizou a equação completa do momento, ou seja, Saint Venant e também foi utilizado a simplificação da onda de difusão.

O processo de modelagem na nova versão do modelo custou ao autor quase dois meses de trabalho, desde a construção da modelagem aos resultados, e de fato, a mudança no método numérico acelerou o processo de computação.

Além disso, com a necessidade de se realizar um novo processo de simulação, e até onde se sabe, a nova versão do modelo não alterou os resultados, quando se utilizou a equação da onda difusiva. Assim, se aproveitou a oportunidade e também se avaliou o impacto da largura da malha. Sendo assim, serão apresentados os dois arranjos construindo.

3.2.1.2.1 HEC RAS ABORDAGEM BIDIMENSIONAL VERSÃO 5.0.3

Com o intuito de verificar a sensibilidade ao coeficiente de rugosidade de Manning, bem como o método de cálculo dos modelos. Foram construídos dois arranjos distintos, o esquema estruturado no ambiente do HEC RAS 5.0.3 continua sendo o que foi construindo inicialmente, primeira etapa da construção foi a inserção do MDT no modelo e posteriormente a construção de uma malha regular de cálculo. Esta malha foi construída subjetivamente, com auxílio das ferramentas existentes no ambiente do software.

Na construção da malha foi considerada os possíveis níveis que a água poderia alcançar no MDT, assim, através da interpretação do modelador, a malha foi sendo moldada, negligenciando regiões mais altas do terreno e em outros momentos expandindo-a para regiões mais baixas, o impacto dessa construção assistida não é percebido imediatamente, o ganho só é notável

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quando é necessário realizar muitas simulações, quanto menor o número de elementos da malha, mais rápido é o processamento.

Já mencionado anteriormente, quando se constrói uma malha, o modelador precocemente imagina a extensão da inundação, é claro, que por ventura, após avaliação de resultados, há ocasiões em que a malha deve ser expandida ou mesmo diminuída para otimizar o processamento.

Foi estabelecida o tamanho de 2 m como o valor máximo admissível nas direções x e y, assim foram gerados 325.688 elementos. Foi escolhido o menor valor possível, uma vez que valores inferiores a 2 m começaram a produzir limitações computacionais, impedindo a computação e a realização das comparações, portanto, 2 m metros foi o valor limite possível para o desenho da inicial da malha, a Figura 54 ilustra a malha de cálculo utilizada na simulação com o HEC RAS 5.0.3.

Figura 54 – Malha de cálculo utilizada nas simulações com o modelo HEC RAS 5.0.3. Fonte: Autor.

Na maior parte do modelo, a calha do rio foi representada, em média por seis elementos. Como pode ser observado, a maior parte da malha foi gerada por elementos regulares.

Como condições iniciais e de contorno, foi considerado que a calha do rio estava seca, sem nenhuma água, e toda massa que entrou no modelo veio de

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dois pontos, do início do modelo, onde começa a topografia, e o segundo foi na confluência com do rio Piabanha com o Poço do Ferreira.

Em ambas as entradas foram consideras uma vazão constante no tempo, o valor da vazão variou com os cenários de vazão, de acordo com Figura 47, sendo a maior vazão, de cada simulação, sempre atribuída ao início do trecho modelo e a menor vazão inserida na confluência. Como condição de saída do modelo foi considero uma de declividade de linha d’água igual a 0,1 m/m.

Quanto o tempo total de simulação, se considerou 22 horas como tempo total para as simulações, tempo suficiente para que houvesse a estabilidade no cálculo do modelo, ou seja, quando a vazão se estabilizasse no valor “alvo” de cada cenário na seção final de controle.

Quanto ao passo de tempo, foi escolhido o intervalo de tempo que não apresentasse erro de Courant, assim para as simulações no HEC RAS foram utilizados o passo o incremento de tempo de 1 segundo.

Portanto, este foi o arranjo que foi utilizado na modelagem bidimensional com o HEC RAS 5.0.3, e apenas alternando a formulação utilizada, ora onda difusiva, ora equação do momento.

3.2.1.2.2 HEC RAS ABORDAGEM BIDIMENSIONAL VERSÃO 5.0.5

Uma vez que foi necessária uma nova modelagem, com a nova versão, e possuindo os resultados das simulações para versão anterior do modelo, porque não utilizar estes resultados para otimizar a malha de cálculo?

E, uma vez que que se utilizou a equação da onda difusiva, e não se obteve resultados diferente, independentemente da versão utilizada do modelo. Se aproveitando disso, tentou-se avaliar também, o impacto do tamanho da malha de cálculo.

Assim, utilizando aos resultados anteriores, de posse da extensão da inundação, foi possível otimizar a malha de cálculo e assim adotar a dimensão de 1 m. Foram gerados 502.017 elementos, só foi possível admitir o tamanho de 1 m, porque se conhecia a extensão da inundação, e, então, diminuir a extensão da malha de cálculo.

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A Figura 55 ilustra a densidade da malha de cálculo utilizada nesta abordagem, se antes, em média o rio era representado por seis elementos, agora o rio Piabanha é representado, em média, por doze elementos.

Figura 55 – Malha de cálculo utilizada no modelo HEC RAS versão 5.0.5. Fonte: Autor.

Como condições de contorno e iniciais, foram mantidas exatamente iguais ao arranjo estabelecido para a versão interior. O único ponto que foi otimizado, foi a duração da simulação, uma vez de posse das curvas de estabilização, ou seja, conhecendo o tempo necessário para que a vazão se estabilizasse na última seção de monitoramento, o tempo de simulação foi sendo ajustado para cada simulação, contudo, sempre respeitando a estabilização da vazão. Dessa forma foi possível acelerar o processo de modelagem.