Modelación numérica de procesos ecológicos e hidrodinámicos en áreas costeras y oceánicas

[ES] Se habla de los principios básicos de modelación costera y oceánica y las diferentes posibles aplicaciones usando las herramientas de modelación Mohid modelling system.

Hidrodinâmica e transporte de material particulado em suspensão sazonal em um estuário dominado por maré: Estuário de Caravelas (BA)

O objetivo do presente estudo é caracterizar a hidrodinâmica e o transporte de material particulado em suspensão (MPS) no estuário de Caravelas sob diferentes condições de maré e vazão fluvial. Foram realizadas quatro campanhas hidrográficas durante ciclos completos de maré, sendo em condições de maré de sizígia e quadratura, e durante os períodos seco e chuvoso. Dados de nível de água, velocidade e direção de correntes, salinidade, temperatura e turbidez foram obtidos em uma estação fixa próxima da desembocadura do estuário. A partir destes dados foram obtidos os transportes residuais de MPS e calculado os mecanismos de transporte. As maiores concentrações médias de material particulado em suspensão ocorreram em condições de sizígia. Em condições de maré de quadraturao transporte resultante de MPS foi com sentido estuário acima, porém de pequena intensidade. Em condições de sizígia o estuário é caracterizado por correntes mais intensas e assimétricas, com dominância de vazante. Durante a condição de sizígia o estuário pode atuar como importador ou exportador de MPS. O estuário do rio Caravelas foi classificado como bem misturado e fracamente estratificado. A hidrografia e o balanço sedimentar são principalmente modulados pela altura da marée o aporte de água doce é irrelevante.

Importância da hidrodinâmica na cinética de flotação de partículas grossas

The processes that govern the rate of particle recovery in a flotation cell include the following sub-processes: collision, attachment, and stability of the aggregate formed by particles and bubbles. Collision is controlled by bulk hydrodynamics inside the flotation cell, while attachment is largely dominated by variables that belong to the domain of surface chemistry (contact angle, induction time). As for the stability of the particle/bubble aggregate, its efficiency depends on both hydrodynamics plus surface chemistry variables of the system. The flotation recovery of coarse particles of apatite and glass spheres was measured by micro-flotation and batch flotation tests in which hydrodynamic parameters were evaluated, such as impeller rotational speed, diameter, and geometry, as well as particle size and density. Results revealed that a proper impeller rotational speed yielded turbulence levels, which enabled to keep particles fully suspended, this way optimizing the collision efficiency between particles and bubbles, without jeopardizing the stability of the particle-bubble aggregates.

Efeitos da hidrodinâmica em comunidades biológicas de praias de calhau rolado em áreas marinhas protegidas

Jornadas "Ciência nos Açores – que futuro?", Ponta Delgada, 7-8 de Junho de 2013.

Utilização de computação de elevado desempenho para a simulação de problemas de hidrodinâmica costeira

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Modelación numérica hidrodinámica de calidad del recurso en lagos y reservorios

El presente plan de trabajo consiste en el desarrollo de un modelo numérico para la simulación de la hidrodinamia en lagos, así como de los procesos de transporte turbulentos asociados que rigen la calidad del recurso. Este modelo a su vez se apoyará en mediciones de campo propias que permitan la verificación de resultados de simulación. Inicialmente se simulará y caracterizará la respuesta hidrodinámica, termodinámica y química (biológica) de un volumen de control bidimensional a un "input" atmosférico representado tanto por variaciones en la radiación solar como en la acción del viento sobre la superficie libre del cuerpo de agua, o por el efecto de efluentes/afluentes líquidos a un embalse con diferentes temperaturas medias. (...) El objetivo a largo alcance del proyecto lo constituye la modelación tridimensional de corrientes en cuerpos de agua, inducidas tanto por el viento como por estratificaciones térmicas así como por flujos líquidos de entrada/salida, para finalmente acoplarla con modelos de calidad de agua que resuelvan ecuaciones de transporte para oxígeno disuelto, demanda biológica de oxígeno, fósforo, nitrógeno, etc., considerando asimismo procesos de intercambio de calor y masa (oxígeno) en los contornos del sistema (principalmente en su superficie libre). Como sistema de estudio para los trabajo de campo se selecciona el embalse del Lago San Roque, donde se desarrollarán campañas de monitoreo periódico empleando la infraestructura del CIHRSA y la experiencia de su personal. Para la calibración y verificación del código numérico se emplearán también bases de datos externas y, dependiendo del grado de avance del proyecto PIC, se incorporarán resultados inéditos de laboratorio, los que serán claves para la especificación del rol desempeñado por estructuras turbulentas coherentes.

Caracterização hidrodinâmica e hidrodispersiva de um latossolo amarelo na microrregião do brejo paraibano

Para modelar o fluxo de água e o transporte de soluto em solos são necessários parâmetros hidrodinâmicos e hidrodispersivos como dados de entrada nos modelos numéricos. O experimento de infiltração axissimétrica utilizando um infiltrômetro de anel simples com um traçador conservativo (KCl) é um método simples e eficiente para determinar esses parâmetros no campo. O objetivo deste trabalho consistiu na caracterização hidrodinâmica e hidrodispersiva de um Latossolo Amarelo situado na microrregião do brejo paraibano, no município de Areia, PB, em nível de campo, por meio da infiltrometria de anel simples. Os experimentos foram realizados em uma área cultivada com feijão em uma malha de 50 x 50 m. A condutividade hidráulica saturada, Ks, e a sorvidade, S, foram estimadas pelas análises de infiltração tridimensional axissimétrica para tempos curto e longo. O soluto inerte (Cl-) foi utilizado para o cálculo da fração de água móvel, Φ, por meio da medição da concentração de soluto na camada do solo (0-15 cm) ao final do experimento de infiltração. Um modelo numérico de transferência de soluto com base no conceito de convecção-dispersão (CD) foi utilizado para definir os parâmetros (D e R) de transporte. A infiltrometria de anel simples demonstrou ser um método simples e eficiente para obtenção dos parâmetros hidrodinâmicos e hidrodispersivos. Observou-se boa concordância entre os valores medidos e calculados (v, D e R) com o modelo CD observado pelos coeficientes de determinação (r²).

Morfología de las colonias de briozoos en relación con la hidrodinámica del medio sedimentario

La formación de arenas y calcarenitas bioclásticas de la base de la transgresión tortoniense en Alhama de Granada contiene varios tipos de formas coloniales y de acúmulos de briozoos de características peculiares, nuevas o poco conocidas. Una breve descripción de dichos tipos y el establecimiento de su relación con las distintas facies sedimentarias complementan la información sobre el medio sedimentario conseguida por los métodos sedimentológicos clásicos y permiten plantear el significado e interés de los briozoos en el análisis sedimentológico.

Uso de traçadores para avaliação da hidrodinâmica de sistemas alagados construídos operando sob condições climáticas tropicais

Sistemas alagados construídos (SACs) são, atualmente, importante opção para o tratamento de resíduos e controle da poluição pontual e difusa. O uso de SACs tem aumentado ano a ano, entretanto o nível de entendimento da hidrodinâmica do processo não tem crescido na mesma proporção. Traçadores fluorescentes apresentam-se como opção na determinação de curvas de distribuição de tempos de residência (DTR) e de parâmetros hidrodinâmicos, como número de dispersão e eficiência hidráulica. A pesquisa foi realizada com o objetivo de avaliar dois corantes (rodamina WT e fluoresceína sódica) na determinação das características hidrodinâmicas de SACs com escoamento subsuperficial, operando em região de clima tropical. Os tempos de residência experimentais (τR) para os SACs variaram entre 4,5 e 5,0 dias, e os parâmetros de modelos teóricos foram obtidos para cada sistema, indicando dispersões muito pequenas. Os SACs, que apresentavam relação comprimento/largura (L/B) de 24/1, comportaram-se como sistemas de escoamento próximo ao pistonado. Embora a massa total adicionada não tenha sido recuperada (a adsorção é um dos mecanismos de perda), a pesquisa indicou que a rodamina WT pode ser utilizada com resultados satisfatórios na avaliação do comportamento hidrodinâmico de SACs.

Variação da estrutura e da biomassa fitoplanctônica na Lagoa Itapeva (Litoral Norte do Rio Grande do Sul) em função da hidrodinâmica

As lagoas costeiras em geral exibem reduzidas profundidades máximas, sendo portanto, ambientes altamente vulneráveis às oscilações dos fatores climáticos, em particular o vento. Movimentos da água em zonas pelágicas são fortemente influenciados por mudanças no tempo, as quais promovem mudanças no plâncton. A biomassa é uma importante variável em ecossistemas aquáticos uma vez que representa a quantidade de energia estocada em certo nível trófico da comunidade biológica. O trabalho teve como hipótese principal do trabalho que o vento (principal fator determinante na hidrodinâmica da Lagoa Itapeva), influencia diretamente a biomassa fitoplanctônica. Períodos de ausência de ventos ou ventos fracos provocam uma homogeneidade da comunidade, devido á estabilidade da coluna d’água, propiciando eventos de florações com alta biomassa e baixa diversidade. Outra hipótese formulada é que há variação espaço-temporal da biomassa, da diversidade de espécies e das diferentes frações de tamanho na Lagoa Itapeva, no período estudado. O objetivo do trabalho foi determinar o efeito do vento, principal fator hidrodinâmico da Lagoa Itapeva, sobre a comunidade fitoplanctônica em termos de biomassa, diversidade de espécies e categorias de tamanho. A Lagoa Itapeva é a primeira lagoa do Sistema Lagunar de Tramandaí no sentido N→S. Foram realizadas análises espaciais, formando-se três pontos de amostragem (Norte, Centro e Sul) ao longo do maior eixo longitudinal da lagoa, aliada a uma escala temporal diária (turnos de amostragem: 6h, 10h, 14h e 18h) e sazonal (quatro estações do ano), procurando estabelecer padrões e relações com os fatores hidrodinâmicos (velocidade e direção de vento, e nível d’água). Durante o estudo a Divisão Cyanophyta foi a responsável pelos elevados valores de biomassa observados nos pontos de amostragem. Este fato deve-se principalmente às florações de Anabaena circinalis durante as campanhas sazonais. A biomassa foi a variável que melhor se relacionou com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento) pela ação dos ventos de quadrantes predominantes que resultavam num fetch efetivo longo. Neste estudo foram apresentados índices de diversidade de espécies calculados através de indivíduos (H’ind) e de biomassa (H’ biom). Estes índices apresentaram estreitas relações positivas entre si. Os índices também apresentaram relações diretas e significativas com os fatores físicos (nível d’água e velocidade média do vento). Na Lagoa Itapeva, a contribuição das diferentes categorias de tamanho em função da biomassa (estimada através do biovolume), ressaltou três frações que melhor representaram a comunidade fitoplanctônica: nanoplâncton, microplâncton e netplâncton. A fração netplanctônica predominou sobre as demais frações de tamanho. A predominância desta fração sobre as outras estudadas deu-se principalmente às espécies de colônias filamentosas Aulacoseira granulata, Anabaena circinalis e A. spiroides. O comportamento da comunidade fitoplanctônica na Lagoa Itapeva sugere estar de acordo com a Hipótese de Distúrbio Intermediário de Connell (1978). Os distúrbios intensos (provocados pelos forte ventos e fetch longo) ou a falta deste (criando um ambiente estável), nos pontos de amostragem, resultaram em florações da cianobactéria Anabaena circinalis. Essas florações proveram uma densa biomassa em todo o período da pesquisa, além de promoverem a baixa diversidade através do domínio desta cianobactéria, e provocar sucessões das frações de tamanho do fitoplâncton.

Hidrodinâmica costeira e quantificação do transporte longitudinal de sedimentos não coesivos na zona de surfe das praias adjacentes aos molhes da Barra do Rio Grande, RS, Brasil (aplicação às praias do Cassino, Mar Grosso e adjacências dos Molhes Leste e Oeste da embocadura do estuário da Lagoa dos Patos)

A ocupação do litoral por empreendimentos sócio-econômicos e a realização de obras de engenharia capazes de atender estas demandas tem despertado a necessidade de estudos detalhados do transporte litorâneo. Usando metodologia de coleta de sedimentos por ‘traps’ (fundo e suspensão) dentro da zona de surfe e metodologias de aquisição de imagens, topografia e sedimentologia conduzidas com o auxílio de filmadora, estação total e trabalhos em laboratório, respectivamente, determinou-se os parâmetros hidrodinâmicos e morfométricos da região. Dados de ondas em águas profundas foram obtidos a partir de modelo do CPTEC/INPE. Os trabalhos de campo foram realizados em 50 campanhas distribuídas pelo período de 1 ano. Do total, 42 foram dedicadas exclusivamente a dados hidrodinâmicos e morfométricos enquanto que as 8 restantes foram utilizadas também para coleta de sedimentos. Ao mesmo tempo foram obtidos dados sobre a velocidade dos fluxos e sobre o transporte transversal no espraiamento. Todos os dados foram obtidos em condições atmosféricas normais. Os trabalhos de campo foram conduzidos em 6 perfis transversais distribuídos entre as praias do Cassino e Mar Grosso (3 de cada lado da embocadura). Dois perfis situados na adjacência dos Molhes Leste e Oeste, 2 posicionados a 3 Km da base dos respectivos molhes e 2 distantes 10 Km destas mesmas bases. Concomitante com as medições do transporte longitudinal foram realizadas observações específicas sobre a participação dos diferentes níveis coletados na formação do transporte total. A distribuição dos sedimentos na coluna d’água e ao longo do perfil foram estudadas considerando o diâmetro médio do grão. Foi estudada também a participação do transporte de fundo (bedload) e em suspensão (suspended load) obtendo-se evidencias de que o transporte de fundo representa aproximadamente 18% do transporte total. Os resultados das medições indicaram uma vazão bidirecional de sedimentos, com baixa intensidade de transporte e resultante positiva direcionada para nordeste, conforme apresentado a seguir: Perfil-1(01/07/03) 1,92 m3/h NE-SW; Perfil-2 (19/07/02) 2,60 m3/h NE-SW, (16/01/03) 0,23 m3/h NE-SW e (20/02/03) 25,1 m3/h SW-NE; Perfil-3 (02/05/03) 4,24 m3/h SW-NE; Perfil-4 (05/09/03) 43,33 m3/h SW-NE; Perfil-5 (17/01/03) 2,54 m3/h NE-SW e Perfil-6 (21/02/03) 31,74 m3/h SW-NE. As baixas taxas de transporte total (máx. 940 e mín. 402 m³/ano/m) e líquido (máx. 574 e mín. 218 m³/ano/m) encontrados na região são consistentes com o comportamento dos estoques sedimentares acumulados no entorno dos molhes nos últimos 90 anos, embora estas taxas anuais representem apenas uma ordem de grandeza do transporte na região, já que são uma simples extrapolação dos dados horários não traduzindo, portanto os efeitos do clima de ondas local. Os dados obtidos serviram para calibrar 2 equações empíricas CERC e Kamphuis-91 que foram utilizadas para extrapolar as taxas de transporte longitudinal pelo período de 1 ano, considerando também a deriva ocasionada por ondas de tempestades. Finalmente, concluiu-se que o baixo transporte longitudinal é ocasionado pelos pequenos ângulos de incidência (em relação a normal) das ondas na arrebentação, que a direção da corrente longitudinal apresenta forte convergência com a componente longitudinal do vento na costa e que a baixa deriva litorânea (em condições atmosféricas normais) para nordeste só é magnificada pela presença das ondas de tempestades que varrem a costa vindas do quadrante sul e que representam aproximadamente 16% do ano.

Estudo da hidrodinâmica de um novo separador líquido-líquido: aplicação ao sistema óleo-bruto/água produzida

This work aims to use a different hydrodynamic condition applied to a new design of mixer-settler on treating wastewater produced by petroleum industry, called MDIF (Misturador-Decantador à Inversão de Fases/ Mixer-Settler based on Phase Inversion MSPI). The use of this different hydrodynamic behaviour is possible due to vertical disposition of the device and the principle of Phase Inversion that controls the MDIF, providing the generation (creation) of a cascade of drops, into an organic layer, that works as micro-decanters, thus making possible the formation of a bed of non-coalesced drops, called Bed Formation . The use of this new hydrodynamics condition allows to increase the residence time of the oil carrier drops, into an organic layer, and the device can treat a greater volume of wastewater. In view of to get this condition it is necessary to operate at high throughput (58,6 m3.m-2.h-1). By results, the condition of Bed Formation is the best one to be used when MSPI operates with throughput up to 58,6 m3.m-2.h-1. The results using the condition of Bed Formation show that increasing the height of the bed of non-coalesced drops and/or decreasing the volumetric ratio (O/A) an increase of the separation efficiency is detected

Estudo da circulação hidrodinâmica e da dispersão de óleo na zona costeira entre Macau e Galinhos RN

This paper presents a study on coastal hydrodynamics and the spread of an oil spill in waters off Macau and Galinhos, on the east coast of the state of Rio Grande do Norte in Northeast Brazil. This area has a very marked coastal dynamic owing to the complexity of its geomorphological features, developed in a regime of semidiurnal mesotides involving reefs, spits, estuaries, mangroves, lakes and dunes. The region also plays an important role in the socioeconomic development of the state, given that the production of oil, natural gas, salt and shrimp is concentrated there. The series of oil platforms is interconnected by a pipeline system that carries oil to the local terminal. This pipeline could leak at any moment, causing immense ecological damage. To gauge the risks of an oil leak and resulting contamination of the coastal region, two hydrodynamic scenarios were simulated. The results obtained were used to implement a contaminant transport model with the creation of various oil leak scenarios modeled at different volumes (from small to large) and intensities (sporadic and continuous), at points considered critical for the model (on two platforms and at two pipeline intersections), under different wind (summer and winter) and tidal (high and low at new, full and quarter moon phases) conditions. The use of hydrodynamic circulation computer models as a tool for representing a real project design has been increasingly frequent in recent years, given that they enable the realistic simulation of the hydrodynamic circulation pattern in bodies of water and an analysis of the impacts caused by contaminants released into the water. This study used the computer models contained in SisBAHIA®, in continuous development in the area of Coastal Engineering and Oceanography at COPPE/UFRJ

Influência dos modelos digitais de terreno na modelagem de circulação hidrodinâmica 2DH: um estudo de caso

Digital Elevation Models (DEM) are numerical representations of a portion of the earth surface. Among several factors which affect the quality of a DEM, it should be emphasized the attention on the input data and the choice of the interpolating algorithm. On the other hand, several numerical models are used nowadays to characterize nearshore hydrodynamics and morphological changes in coastal areas, whose validation is based on field data collection. Independent on the complexity of the physical processes which are modeled, little attention has been given to the intrinsic bathymetric interpolation built within the numerical models of the specific application. Therefore, this study aims to investigate and to quantify the influence of the bathymetry, as obtained by a DEM, on the hydrodynamic circulation model at a coastal stretch, off the coast of the State of Rio Grande do Norte, Northeast Brazil. This coastal region is characterized by strong hydrodynamic and littoral processes, resulting in a very dynamic morphology with shallow coastal bathymetry. Important economic activities, such as oil exploitation and production, fisheries, salt ponds, shrimp farms and tourism, also bring impacts upon the local ecosystems and influence themselves the local hydrodynamics. This fact makes the region one of the most important for the development of the State, but also enhances the possibility of serious environmental accidents. As a hydrodynamic model, SisBaHiA® - Environmental Hydrodynamics System ( Sistema Básico de Hidrodinâmica Ambiental ) was chosen, for it has been successfully employed at several locations along the Brazilian coast. This model was developed at the Coastal and Oceanographical Engineering Group of the Ocean Engineering Program at the Federal University of Rio de Janeiro. Several interpolating methods were tested for the construction of the DEM, namely Natural Neighbor, Kriging, Triangulation with Linear Interpolation, Inverse Distance to a Power, Nearest Neighbor, and Minimum Curvature, all implemented within the software Surfer®. The bathymetry which was used as reference for the DEM was obtained from nautical charts provided by the Brazilian Hydrographic Service of the Brazilian Navy and from a field survey conducted in 2005. Changes in flow velocity and free surface elevation were evaluated under three aspects: a spatial vision along three profiles perpendicular to the coast and one profile longitudinal to the coast as shown; a temporal vision from three central nodes of the grid during 30 days; a hodograph analysis of components of speed in U and V, by different tidal cycles. Small, but negligible, variations in sea surface elevation were identified. However, the differences in flow and direction of velocities were significant, depending on the DEM

Evolução top-hat hidrodinâmica em campos de velocidades peculiares primordiais

We investigate the cosmology of the vacuum energy decaying into cold dark matter according to thermodynamics description of Alcaniz & Lima. We apply this model to analyze the evolution of primordial density perturbations in the matter that gave rise to the first generation of structures bounded by gravity in the Universe, called Population III Objects. The analysis of the dynamics of those systems will involve the calculation of a differential equation system governing the evolution of perturbations to the case of two coupled fluids (dark matter and baryonic matter), modeled with a Top-Hat profile based in the perturbation of the hydrodynamics equations, an efficient analytical tool to study the properties of dark energy models such as the behavior of the linear growth factor and the linear growth index, physical quantities closely related to the fields of peculiar velocities at any time, for different models of dark energy. The properties and the dynamics of current Universe are analyzed through the exact analytical form of the linear growth factor of density fluctuations, taking into account the influence of several physical cooling mechanisms acting on the density fluctuations of the baryonic component of matter during the evolution of the clouds of matter, studied from the primordial hydrogen recombination. This study is naturally extended to more general models of dark energy with constant equation of state parameter in a flat Universe