Mapeamento e modelagem 3D do transporte de sedimentos do leito em rios com dunas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Ratton, Philipe, 1987-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/70596
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Tobias Bernward Bleninger
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spelling Ratton, Philipe, 1987-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e AmbientalBleninger, Tobias Bernward, 1972-2021-06-17T21:15:01Z2021-06-17T21:15:01Z2020https://hdl.handle.net/1884/70596Orientador: Prof. Dr. Tobias Bernward BleningerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 02/09/2020Inclui referênciasResumo: Medir o transporte de sedimentos do leito em rios não é uma tarefa simples. Diversos métodos diretos e indiretos podem ser utilizados, normalmente com resultados divergentes. Neste trabalho, foram aplicadas diferentes metodologias para estimar a descarga sólida por arraste: 1) medições pontuais com a armadilha Helley-Smith; 2) medições pontuais de fundo móvel com ADCP (Bottom Tracking); 3) fórmulas empíricas de transporte por arraste (Meyer-Peter- Müller; Einstein; Einstein-Brown; Kalinske; Van Rijn); 4) método de integração da diferença de superfícies através do tempo (ISSDOTv2 modificado), que analisa o deslocamento das dunas; e 5) modelagem hidromorfológica com Delft3D. A área de estudo é um trecho de aproximadamente 1 km de extensão e 100 metros de largura do Rio Taquari, em Coxim-MS, onde o leito é constituído por areia e há presença de dunas. Durante os levantamentos de campo, em um período de águas altas, foram coletados simultaneamente dados de profundidades e velocidades do escoamento com um ADCP, em dois dias consecutivos. A partir disso, foi realizado o mapeamento hidromorfológico de toda a área de estudo. A sincronia e a alta resolução espaço-temporal das informações obtidas permitiu calibrar e validar o modelo computacional com mais assertividade, além de propiciar uma maior compreensão dos fenômenos hidromorfológicos locais. Os resultados de descarga sólida dos diferentes métodos ficaram dentro de um fator 2 em relação à média, com exceção de uma das medições com Helley-Smith, cujas incertezas associadas ao método de coleta foram discutidas. O modelo computacional demonstrou boa capacidade na representação de níveis de água, velocidades do escoamento, descargas sólidas do leito e taxas de erosão/deposição, com valores compatíveis com as medições. O uso de módulos adicionais do Delft3D como "dune height predictor" e "trachytopes" permitiu investigar e prever características geométricas das dunas e como elas contribuem para o aumento da resistência ao escoamento. As dimensões previstas foram coerentes com as resultantes de uma metodologia objetiva de discriminação e hierarquização baseada no uso de filtros spline robustos e transformadas contínuas de wavelets. Diante das alternativas de métodos de medição em campo, destaca-se, portanto, o ADCP como um método rápido e que permite coletar uma grande quantidade de dados com alta resolução e com integração espaço-temporal. Palavras-chave: transporte de sedimentos; descarga sólida do leito; fundo móvel; bedload; formas do leito; dunas; ADCP; perfilador acústico de correntes por efeito Doppler; modelagem hidromorfológica; Delft3D; método ISSDOTv2 modificado.Abstract: Measuring bedload sediment transport in rivers is not an easy task. There are several direct and indirect methods available, but usually with divergent results. In this work, different methodologies were applied to compute bedload: 1) Helley-Smith mechanical trap; 2) moving bed measurements with ADCP (Bottom Tracking); 3) empirical formulas (Meyer-Peter-Müller; Einstein; Einstein-Brown; Kalinske; Van Rijn); 4) ISSDOTv2 (Integrated Section Surface Difference Over Time version 2) modified method, based on dune tracking; and 5) hydromorphological computational modeling with Delft3D software. The study area is a stretch of approximately 1 km long and 100 meters wide of Taquari River, in Coxim-MS, Brazil. It is a sand-bed river and dunes are the predominant bed forms in the region. Field surveys were carried out on flood season. Water depth and flow velocity data were collected simultaneously with an ADCP, on two consecutive days, allowing the hydromorphological mapping of the study area. The synchrony and the high spatio-temporal resolution of collected data improved the computational model calibration and validation, with higher assertiveness, beyond providing a greater understanding of local hydromorphological phenomena. Bedload results of all methods had a discrepancy ratio between 0.5 and 2, except one Helley-Smith measurement, whose uncertainties associated with the methodology were discussed. The computational model showed good capacity to represent water levels, water discharges, bedload transport and erosion/deposition rates, producing consistent values in relation to the measurements. The use of additional Delft3D modules such as "dune height predictor" and "trachytopes" allowed investigating and predicting dunes geometric characteristics and their role in increasing flow resistance. The predicted dunes dimensions were consistent with the values resulting from an objective methodology based on robust spline filters and continuous wavelet transforms. Considering the available field measuring methods, the ADCP approach proved to be a fast method that allows the collection of a large amount of data with high resolution and good spacetime integration. Keywords: sediment transport; bedload; mobile-bed; bed forms; dunes; ADCP; acoustic Doppler current profiler; hydromorphological modelling; Delft3D; ISSDOTv2 modified method.1 arquivo ([188] p.) : il. (algumas color.).application/pdfRiosDunasRecursos HídricosSedimentos fluviaisMapeamento e modelagem 3D do transporte de sedimentos do leito em rios com dunasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - PHILIPE RATTON.pdfapplication/pdf26207911https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/70596/1/R%20-%20T%20-%20PHILIPE%20RATTON.pdfe72bde66b85f6b8344d9f5a4d7e2e4d9MD51open access1884/705962021-06-17 18:15:01.387open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/70596Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-06-17T21:15:01Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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