Teste e aplicação de modelos parabólicos de refração-difração com ênfase na propagação de ondas sobre parcéis

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barletta, Rodrigo do Carmo
Data de Publicação: 2006
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/88227
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
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spelling Teste e aplicação de modelos parabólicos de refração-difração com ênfase na propagação de ondas sobre parcéisEngenharia ambientalRefraçãoDifracaoModelos parabólicosTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalNo presente trabalho foram realizados testes de diferentes versões de modelos "REF-DIF" parabólicos (REF-DIF Kirby e REF-DIF Melo). Para casos de ondas monocromáticas foram realizados 2 tipos de testes: a) rampas planas, onde os resultados numéricos de altura de onda foram comparados com uma solução analítica e b) calota de Berkhoff, onde resultados numéricos de altura de onda foram comparados com dados obtidos de um experimento de laboratório. Em seguida foi testado o desempenho das diferentes versões do modelo REF-DIF espectral de Kirby e Özkan (1994), na modelação de ondas irregulares sobre uma calota, fruto do experimento de Chawla (1995). Na segunda parte do trabalho, a propagação de ondas monocromáticas e irregulares sobre parcéis hipotéticos de forma circular e elíptica foi estudada, usando o modelo de Kirby. Averiguaram-se os efeitos da forma dos parcéis e das características de ondas no campo de alturas. Em seguida escolheu-se o modelo espectral de melhor performance para realizar uma aplicação à região costeira do litoral central do Rio Grande do Sul, trecho onde existem muitos parcéis submersos em profundidades intermediárias e rasas e erosão costeira natural. Para rampas planas, verificou-se que as versões numéricas dos modelos monocromáticos Kirby e Melo apresentaram desempenho semelhante. Verificou-se também que a orientação do sistema de oordenadas influencia os resultados dos modelos. Os ângulos máximos de incidência inicial são 45° para grade não rotacionada e aproximação de Padé, que podem ser extrapolados para ângulos maiores em grades rotacionadas. Os modelos com aproximação parabólica simples não conseguiram representar a evolução da altura da onda de forma precisa para ângulos diferentes de 0o em grades não rotacionadas. A mesma aproximação funcionou muito bem quando usada em grades rotacionadas. Modelos com aproximação Padé tiveram boa performance para ambas opções de grade, com ângulos de incidência inicial de até 45°. Para ângulos maiores que este, a acurácia é melhor com batimetrias rotadas. Para o parcel de Berkhoff, observou-se que os modelos lineares Melo e Kirby apresentaram performance similar. Estes tiveram menor acurácia que os modelos fracamente não-lineares de Kirby. Já para o experimento espectral com o parcel de Chawla, viu-se que os modelos não-lineares foram levemente mais acurados que os lineares, porém com uma diferença quase insignificante. Para os parcéis hipotéticos, notou-se que o espalhamento direcional do espectro de ondas, a forma, profundidade e a distância que a onda refrata sobre o parcel determinam as características da focalização e da distribuição de alturas de onda atrás do parcel. Na aplicação para a batimetria real, encontraram-se diferenças nas alturas e direções de onda calculadas com modelos monocromáticos e espectrais para águas rasas no litoral central do Rio Grande do Sul. Notou-se que a zona costeira a sudoeste da região do Farol da Conceição apresentou menores alturas de ondas e maior divergência de direções em relação a porção situada a nordeste, provavelmente induzida por padrões de refração de maior escala espacial, originados pela geomorfologia da plataforma interna do litoral central e sul do estado, ao invés do efeito puramente creditado à focalização de energia por parcéis, como se acreditava antes. Several performance tests comparing wave height results from diferent versions of parabolic REF-DIF models ("Kirby" and "Melo") were performed in this work. For the monocromatic ones, 2 tests were done: a) plane ramp, where numeric results for wave heights were compared with an analitical solution and b) Berkhoff shoal, where the numerical results were compared with data from a laboratory experiment. After that, various versions of Kirby and Özkan (1994) Spectral REF DIF had their performance evaluated against data from an irregular waves propagation experiment over a shoal, done by Chawla (1995). In the second part of this work, a study was performed with monocromatic and spectral waves being propagated over spherical and elliptcal shoals, using Kirby's model. The influence of the shoals shape in the wave field was evaluated. After that, a good overal performance model was chosen to be used in an application at the central coast of Rio Grande do Sul state, a region whith plenty of submerged shoals in intermediate depths and natural erosion ocurring at the coast line. For the plane ramp, it was noticed that the numerical versions of Kirby's and Melo's monocromatic models presented similar performances. It was also noticed that the coodinate system orientation plays a role into the models results. The allowed maximum angle of incidence was 45° for the non-rotated grid and Padé approximation, but can be expanded to wider angles for the rotated grids. The models with the simple approximation could not represent the wave height accuratelly for initial angles different from 0° on non-rotated grids. The same approximation performed very well when used with rotated grids. Padé approximation models had good performance for both grid options with initial angles up to 45°. For wider angles, rotated grids gives better results. For the Berkhoff shoal, the linear models, Kirby and Melo, presented similar performances. They had less accuracy than the weakly non-linear (Kirby) models. Regarding the spectral experiment with Chawla's shoal, it was seen that the weakly non-linear models were sligthly more accurate, thought this difference was not significant. For the hipothetical shoals, it was observed that the spectral directional spreading, the shoal shape, depth and the distance that the wave propagates over the shoal determinates the focusing of wave heights characteristics behind the shoal. For the application on real bathymetry, it was found that wave heights and directions calculated by the monocromatic and spectral models for shallow waters at the RS coast yelded different results. It was observed that the coastal zone located to the southwest from the Conceição Lighthouse presented smaller heights and direction divergence in relation to the area located to the northeast, probably because of greater spatial scale refraction, due to the central and south state innershelf geomorphology, and not by the foccusing shoal effects, as it was previously indicated.Florianópolis, SCMelo Filho, EloiFranco, DavideUniversidade Federal de Santa CatarinaBarletta, Rodrigo do Carmo2012-10-22T06:48:13Z2012-10-22T06:48:13Z20062006info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisxviii, 137 f.| il., grafs., tabs.application/pdf231432http://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/88227porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2013-05-04T23:48:50Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/88227Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732013-05-04T23:48:50Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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