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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO DO BRASIL PROGRAMA CIÊNCIAS SEM FRONTEIRAS
Instituição/Origem: UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO Instituição/Destino: UNIVERSIDADE DO MINHO
Departamento de Engenharia Civil Campus de Gualtar – Braga, Portugal.
“RELATÓRIO DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ATÉ
O MOMENTO”
Número do Processo: 200016/2014-8
Modalidade: Pós-doutorado no exterior – PDE
Vigência: 01/02/2015 à 31/01/2016
Título do Projeto: Modelagem Numérica do Transporte de Sedimentos e
Assoreamento no Estuário do Rio Douro.
Pesquisador: Prof. Dr. Stênio de Sousa Venâncio – DEC/UFTM
Orientador: Prof. Catedrático José Manuel Pereira Vieira – DEC/UMinho
Co-orientador: Prof. Ph.D. José Luís da Silva Pinho – DEC/UMinho
Objeto: Relatório parcial das atividades desenvolvidas
Período abordado: 24 de janeiro/2015 à 16 de outubro/2015
Sumário
1. Apresentação e justificativa 1
2. Atividades desenvolvidas janeiro-outubro/2015 2
2.1. Reunião com a equipe de trabalho 2
2.2. Revisão da literatura 2
2.3. Estudo do manual do programa Delft3D 3 2.4. Dados de campo e modelagem numérica do Douro 4
2.5. Outras atividades 5 3. Objetivos 7 3.1. Objetivos propostos 7 3.2. Objetivos alcançados 7 4. Resultados 7 4.1. Resultados esperados 7 4.2. Resultados alcançados 8 5. Estratégias da pesquisa 8
1. Apresentação e justificativa.
O presente relatório parcial descreve as atividades implementadas dentro do plano de trabalho em vigor. Atende as exigências e prazos fixados pelas diretrizes do CNPq, no que tange ao escopo geral e a necessidade de prorrogação de tempo para a conclusão dos trabalhos de pesquisa previstos. A demanda por um conhecimento mais aprofundado do software utilizado nesta pesquisa, através de curso avançado; da ampliação dos estudos da dinâmica marinha e costeira que envolve o estudo de caso; e principalmente da exigência de coleta de dados de campo complementares para a calibração do modelo, formam o tripé desta justificativa de prorrogação do prazo de vigência da bolsa. Por conseguinte, permitirá atingir aos objetivos inicialmente apostos no projeto de pesquisa, viabilizando aplicações no âmbito do território brasileiro, para os problemas de transporte de sedimentos e assoreamentos, alguns já destacados pela revisão de literatura na fase de apresentação do projeto. Estas intervenções práticas decorrerão de atividades de ensino, extensão e pesquisa na universidade e/ou em parceria com outras universidades e empresas do Brasil, além da cooperação prevista entre a Universidade do Minho (UMinho) e a Universidade Federal do Triângulo Mineiro (UFTM), através do Protocolo de Cooperação firmado entre as duas instituições em março do corrente ano de 2015. Sendo assim, almeja-se com este novo cenário, contemplar as fases finais do trabalho de pesquisa prevista para o estuário do rio Douro o que inclui também a publicação da comunicação científica em periódico de excelência.
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2. Atividades desenvolvidas.
2.1. Reunião com a equipe de trabalho.
A primeira reunião formal com o grupo aconteceu em 03 de fevereiro de 2015. Estavam presentes: Prof. José Manuel Pereira Vieira, orientador do projeto; Prof. José Luís da Silva Pinho, co-orientador do projeto; e Prof. Stênio de Sousa Venâncio, bolsista CNPq/Pós-doc. Nesta oportunidade foi analisado o plano de trabalho e definida uma frequência mensal para a discussão do andamento dos trabalhos, podendo ser flexibilizada dependendo das necessidades advindas. Ficou definido também, que o trabalho de modelagem numérica do Douro deverá produzir, pelo menos, um artigo em periódico internacional da base ISI. Os trabalhos contam com o suporte de alunos de mestrado e doutorado que integram o programa de pós-graduação da Universidade do Minho. No total, dez reuniões foram realizadas até a data de 12/10/2015 para a condução das atividades previstas, sendo que, no mês de setembro do referido ano, houve a concordância entre o grupo sobre a necessidade de extensão do prazo inicial previsto no cronograma do projeto, de forma a permitir a conclusão dos trabalhos.
2.2. Revisão da Literatura.
Até o momento, foram incorporados mais de vinte artigos científicos, à revisão inicial feita na fase de projeto. São “papers” que tratam da dinâmica estuarina, com enfoque semelhante ao pretendido para o estuário do rio Douro, em diferentes partes do mundo. A metodologia e resultados atingidos por estes trabalhos, como é o caso do Yangtze estuary, que aplica o mesmo software desta pesquisa, tem auxiliado nas discussões e adequações necessárias ao trabalho. Outra parte da revisão bibliográfica da ênfase na reunião de validações do código numérico e dos mecanismos inerentes ao seu funcionamento, envolvendo o equacionamento, variáveis presentes, abstrações e tempo de processamento dos dados. Finalmente, e não menos importante, a leitura de trabalhos
de caracterização do rio Douro, de caráter multidisciplinar, associados a visitas pelas margens do rio e parte da zona costeira, foram realizados.
2.3. Estudo do Manual do Programa Delft3D.
No primeiro momento dos trabalhos, entre 04/02/2015 à 30/03/2015, uma leitura e estudo ao manual do programa foram realizados, em paralelo com as atividades de pesquisa bibliográfica e compilação dos dados de campo existentes. A partir desta fase, houve consenso pela implementação de um curso avançado, ministrado pelo Prof. José Luís da Silva Pinho, com abordagens de casos mais simples, onde fosse possível discutir as funcionalidades do código numérico. Este curso teve início em 06/04/2015 com carga horária teórica semanal de 2 horas e atividade prática semanal. Contemplou a elaboração de malhas computacionais, tipos de contorno, funcionalidades e recursos numéricos, abstrações, arquivos de dados de entrada e saída, variáveis presentes, processamento hidrodinâmico e sedimentológico. A etapa de curso foi concluída em 10/07/2015 sendo que, uma das atividades práticas exploradas, dados hidro-sedimentológicos de uma armadilha de sedimento construída em laboratório, permitiu, além do aprendizado do software, a discussão sobre a modelagem numérica, através da participação em dois eventos distintos:
- Seminário sobre Inovação e gestão colaborativa para a sustentabilidade das zonas costeiras, realizado em 09/06/2015, na cidade de Braga, Portugal, tendo como trabalho: Simulação numérica da hidrodinâmica obtida experimentalmente numa armadilha de sedimentos;
- 12º Simpósio de Hidráulica e Recursos Hídricos dos Países de Língua Portuguesa – SILUSBA, a ser realizado de 22 à 27/11/2015, na cidade de Brasília, e deverá ser apresentado por colega brasileiro da UFTM. O trabalho tem como título: Uso de viscosidade turbulenta constante na predição numérica
4 do assoreamento numa armadilha. O trabalho final de modelagem numérica da morfodinâmica na armadilha, em comparação com o padrão experimental final de deposição obtido para um período de 72 horas, encontra-se em estágio final, cuja publicação é pretendida para o International Journal of Sediment Research, a
ser enviado durante o ano de 2016.
2.4. Dados de campo e modelagem numérica do Douro.
Os dados de campo compilados durante este período foram reunidos e analisados, tendo em conta a sua utilização em outros trabalhos de pesquisa. Foram disponibilizados registros de vazão (não horárias) da barragem de Crestuma, batimetria anterior às obras de molhe na embocadura e níveis de maré, pela Administração do Douro e Porto Leixões (ADPL) e Instituto Hidrográfico, referenciados nos artigos e teses. Os dados de sedimento disponíveis são referenciados por trabalhos em bacias hidrográficas com características semelhantes a do estuário do Douro. De posse destes dados, construiu-se um modelo numérico para a modelagem qualitativa, cuja essência integra a tese de doutoramento de um dos alunos do Prof. José Luís da Silva Pinho. Este trabalho foi desenvolvido entre 13/07 e 14/09/2015 e foi apresentado no evento:
- VIII Congresso sobre Planeamento e Gestão das Zonas Costeiras dos Países de Expressão Portuguesa, realizado na cidade de Aveiro, Portugal, de 14 à 16/10/2015, tendo como título: Avaliação do transporte sedimentar no estuário do rio Douro em diferentes cenários hidrodinâmicos.
Durante o Congresso, supra descrito, foi firmada cooperação com o CIIMAR (Centro Interdisciplinar de Investigação Marinha e Ambiental), vinculado à Universidade do Porto, para a obtenção da batimetria atual (ano de 2015) e de 2007, medições de concentração de sedimentos suspensos, caudais horários, salinidade, temperatura e vento. Estes dados permitirão a calibração do modelo e a avaliação de respostas para
cenários pretendidos, com abordagem quantitativa. Os dados finais, gerenciados pelo CIIMAR, estarão disponíveis para o tratamento desta pesquisa a partir da segunda quinzena de dezembro de 2015. Para tanto, entre 15/09/2015 até a disponibilização final dos dados de campo, estão sendo realizados testes numéricos para avaliar instabilidades e consequente otimização da malha computacional, associados à extensão do estudo do software e ampliação da revisão bibliográfica. Reuniões periódicas com a equipe do CIIMAR também serão realizadas para a análise dos dados. Como objetivo da parceria entre UMinho e CIIMAR, a qual viabiliza aos objetivos vislumbrados pelo projeto de modelagem numérica do Douro, está a produção de 2 artigos em revistas da base ISI.
2.5. Outras atividades.
No período de 08/06 à 24/07/2015 foi escrito um artigo sobre modelagem hidrodinâmica unidimensional, o qual recebeu o aceite para a publicação em 04/10/2015. O trabalho será publicado no Journal Management of Environmental Quality, com o título: Numerical model for hydrodynamics simulations of Trabalhador channel. Este trabalho é parte integrante do mestrado acadêmico deste bolsista de pós-doc.
Em 23/09/2015, ocorreu a participação na banca de defesa do mestrado acadêmico de Sérgio Branco Amorim, da Universidade do Minho, como vogal arguente, conforme publicado no edital da referida instituição, tendo o trabalho como título: Utilização de computação de elevado desempenho para a simulação de problemas de hidrodinâmica costeira. Está prevista ainda para o segundo semestre do corrente ano, e para o início do anos de 2016, duas participações em bancas de mestrado na Universidade do Minho, que tratam da aplicação do software Delft3D. Dentro desta linha de pesquisa, o que envolve também o trabalho publicado anteriormente, será oferecido pelo Prof. José Luís da Silva Pinho, curso sobre o código numérico SOBEK, desenvolvido pela Deltares,
6 que emprega avaliações 1D e 2D à hidráulica fluvial, e também da plataforma ARCGIS. Ambos os cursos estão programados para janeiro e fevereiro de 2016.
Participação no evento de lançamento do CERSA (Centro de Referência em Segurança da Água), em 24/01/2015, em Braga. O CERSA constitui em um projeto conjunto entre as Universidades do Minho (Portugal) e de São Paulo (Brasil), tendo como objetivo geral proporcionar a cooperação acadêmica e científica entre estas duas instituições, pretendendo constituir-se numa referência internacional na criação e desenvolvimento de conhecimento em áreas temáticas relacionadas com a segurança da água e saúde pública. De acordo com o seu plano estratégico, o CERSA desenvolverá atividades em domínios de investigação, formação, auditoria e consultoria.
Fruto do acordo de cooperação firmado entre a Universidade do Minho e a Universidade Federal do Triângulo Mineiro, estão previstos ainda 2 trabalhos de investigação científica, a partir do segundo semestre do ano de 2016:
1º) Modelagem numérica aplicada ao reservatório Represa Velha, Pirassunuga-SP/Brasil, para a determinação do assoreamento, a ser publicada na Revista Brasileira de Recursos Hídricos (RBRH);
2º) Modelagem numérica da morfodinâmica do reservatório da usina hidrelétrica de Igarapava-SP/Brasil, com revista para publicação a ser definida.
O primeiro trabalho consiste da pesquisa de doutorado deste bolsista pós-doc, cujos resultados não foram conclusivos para a modelagem bidimensional.
O segundo trabalho consiste de uma demanda apresentada pelo gestor do sistema hidrelétrico (CEMIG), que passou a monitorar o reservatório a partir do ano de 2010, com levantamentos batimétricos, sedimentológicos e limnológicos, de acordo com a resolução conjunta nº3 da ANA/ANEEL.
Adicionalmente, pretende-se também estender esta parceria para estudos aplicados em zonas costeiras no Brasil e em Portugal.
Também a partir de 22/10/2015, estará sendo discutido o protocolo de dupla diplomação, pretendida para os alunos de graduação da UMinho e UFTM, com adequação das unidades curriculares.
3. Objetivos.
3.1. Objetivos propostos.
É pretendido simular numericamente a morfodinâmica do estuário do Rio Douro, em Portugal. Com a calibração do modelo Delft3D, para dados de batimetria, de sedimentos, vazão, maré, vento, temperatura e salinidade, deseja-se validar e avaliar quantitativamente a resposta obtida para cenários distintos no estuário. Adicionalmente, para dados de monitoramento realizado no estuário, in loco e por imagens de satélite, busca-se uma análise conclusiva do possível efeito da barragem de Crestuma nas taxas de erosão/assoreamento na zona da embocadura. Por objetivo geral, com a experiência adquirida neste trabalho, pretende-se intensificar pesquisas em modelagem numérica hidrossedimentológica, através de parceria, em sistemas fluviais brasileiros e portugueses.
3.2. Objetivos alcançados.
Aprendizado do código numérico Delft3D com domínio das suas interfaces e variáveis presentes; Modelação numérica com o software, em escala de laboratório, e produção de dois artigos em eventos científicos; Conhecimento da dinâmica estuarina e marinha da bacia hidrográfica do rio Douro; Compilação dos dados de campo disponíveis até o momento e análise qualitativa preliminar do estuário.
4. Resultados.
8 Identificar gargalos no processo de calibração do modelo.
Obter, através dos coeficientes de aferição, a avaliação entre dados simulados e medidos.
Estabelecer quantitativamente um diagnóstico para a morfodinâmica do estuário do rio Douro em cenários específicos.
Identificar a influência da barragem de Crestuma no processo de erosão/ deposição na restinga.
Traçar um prognóstico para o estuário de médio prazo.
4.2. Resultados alcançados.
Construção preliminar da malha computacional do estuário. Avaliação qualitativa preliminar da morfodinâmica.
5. Estratégias da pesquisa.
1º) Revisão bibliográfica (contínua durante todo o trabalho);
2º) Análise de dados de campo disponível, tratamento dos dados e aquisição de dados complementares (em obtenção);
3º) Testes iniciais com o modelo, com análise dos padrões hidrodinâmicos em regime permanente;
4º) Calibração do modelo para os dados de sedimento, hidráulicos e climáticos, com análise quantitativa da dinâmica sedimentar.
5º) Análise do efeito dos parâmetros de entrada (sensibilidade) sobre os resultados de calibração (Ex.: maré, salinidade, estratificação térmica);
6º) Analisar as equações semi-empíricas do modelo do ponto de vista de capacidade, inclusive para simular sedimentos coesivos, e a influência deste aspecto na simulação; 7º) Extrapolação do modelo para períodos futuros, análise de respostas e de tendências;
8º) Verificação do efeito das barragens fluviais, especificamente da barragem de Crestuma, sobre a evolução da erosão-sedimentação na restinga, a partir de dados de monitoramento de campo e imagens de satélite;
9º) Análise comparativa dos resultados com outros trabalhos de cunho semelhante, a partir da revisão bibliográfica realizada;
10º) Conclusões sobre a validação do modelo com base nos resultados obtidos, processo de calibração, e resultados de outras pesquisas;
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6. Cronograma das atividades previstas e realizadas.
A seguir é apresentado o cronograma das atividades, envolvendo àquelas realizadas e as demais previstas e necessárias para a conclusão dos trabalhos propostos inicialmente. 1º 2º 3º 4º 1º 2º 1 2 3 4 5 6 7 8
9 Calibração e Recalibração do Modelo Numérico
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12 Análise e Interpretação dos Dados de Saída (comparação com literatura)
13 Discussão dos Resultados com Coordenação e Equipe de Trabalho
14 Conclusões sobre a Validação do Modelo (recomendações e restrições)
15 Produção de dois artigos científicos na base ISI
atividades realizadas atividades previstas
2016 TRIMESTRES
Análises de Sensibilidade
Geração de Dados de Saída das Simulações
Reunião com a Coordenação do Projeto e Equipe de Trabalho
Análise de Dados de Campo Existentes e Busca de Dados Complementares Montagem da Malha Computacional
Testes de Estabilidade Numérica com Possível Readequação da Malha Estudo do Manual do Programa DELFT3D
Avaliação dos Padrões Hidrodinâmicos das Simulações Iniciais
2015 2015
Atividades
Pesquisa Bibliográfica
Sendo o que se apresenta para o momento, subscrevem:
Braga, outubro de 2015.
Prof. Stênio de Sousa Venâncio Bolsista pós-doc CNPq
Prof. José Luís da Silva Pinho Co-orientador da pesquisa
Prof. José Manuel Pereira Vieira Orientador da pesquisa
