HYDRODYNAMICS OF ENVIRONMENTAL AQUATIC SYSTEMS

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Tobias Bleninger

Universidade Federal do Paraná (UFPR)

Departamento de Engenharia Ambiental (DEA)

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HYDRODYNAMICS OF

ENVIRONMENTAL AQUATIC SYSTEMS

Tobias Bleninger, Michael Mannich

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• Processing temperature profiles in Matlab

• Determining thermocline (Read)

• Available tools for processing

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Thermocline? Pycnocline?

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Exemplo: MCTR1

• Rotinas e aplicações

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Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental – PPGERHAUniversidade Federal do Paraná

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Reservatório Vossoroca

• Formado em 1949 pelo represamento do Rio São João;• Função: regularizar a vazão para a usina hidrelétrica de Chaminé

(capacidade de 18 MW).

Área

Volume 35,7 106 m3

Profundidade máxima 17 m

Profundidade média 8 m

Tempo de detenção 117 dias

Figura 38: Reservatório VossorocaFonte: FAVORETO et al. (2003)


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Figura 39: Temperatura no Reservatório do Vossoroca


Dados: Projeto GEE-Apine


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Dados: Projeto GEE-Apine

Figura 40: Dados Meteorológicos no Reservatório Vossoroca.a) Velocidade do vento b) Temperatura do ar c) Umidade relativa e d) Radiação solar.


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Resultados: Índices físicos do reservatório Vossoroca

𝑊 =𝑔′

𝐿

𝑧𝑒𝑢∗

2

𝐿𝑁 =𝑆𝑡(𝑧𝑒 + 𝑧ℎ)

2𝜌ℎ𝑢∗2 𝐴𝑠𝑧𝑣

𝑁2 = −𝑔

𝜌𝑤0

𝜕𝜌

𝜕𝑧

Figura 41: Índices Físicos para o reservatório Vossorocaa) Números de Wedderburn e do Lago, b) Frequência de Brunt-Väisälä

Tabela 7: Número de dias que T>1, 2 e 3 °C, W>1 e LN>1 para os dados medidos no

reservatório Vossoroca

* Índices físicos calculados com o Lake Analyzer

CARACTERIZAÇÃO HIDRODINÂMICA DE RESERVATÓRIOS COM BASE NOS NÚMEROS DE

FROUDE E LAGO

Rocianne Bortolazzo Pinto: Eng. Ambiental, [email protected] Bleninger: Eng Civil, Dr., [email protected]

Akemi Kan: Eng Eng. Civil, Dr., [email protected]

Motivação

Reservatórios hidrelétricos são monitorados continuamente:

• Medições continuas (meteorologia e hidrologia)

• Medições esporádicas (qualidade de água)

Dados ainda pouco utilizados para a caracterização dosprocessos e definição de períodos de campanhas ou modelagem

Avaliar utilização de índices de parâmetros físicos dereservatórios para classificar processos hidrodinâmicos e definirperíodos característicos para analise de qualidade de água

Objetivo

Número de Lago (IMBERGER, 1989)

: a estabilidade de Smith (FISCHER et al., 1979);: a profundidade da termoclina; : a altura do centro de volume do corpo d’água; : a velocidade de corte do vento.

H: profundidadeA: Area

)(

)(2/32

* v

tN

hHAu

hHSL

−

−=

tS

h

vh

*u

>>1 , estratificação forte, pouca mistura no hipolímnio;<1 estratificação débil, mistura maiorNL

NL

Números característicos

Número de Froude densimetrico do afluente (FISCHER et al., 1979):

: velocidade media tributário

: raio hidráulico do tributário;

: gravidade reduzida (baseada nas diferenças dedensidade, rio - )

hi

tRg

UFr

')( 2 =

U

hR

ig '

>>1 ou -1, mistura forte do tributário com reservatório (perfil uniforme)>0 , rio espalha na superfície;<0 , rio espalha no fundo

• Potência de 250 MW; • Medições (LACTEC, 2013

• Perfil de temperatura• Perfil de oxigênio dissolvido em 3

pontos• Estação meteorológica (UFPR – LACTEC)• Nível/Vazao (COPEL)

Área do estudo: Capivari, PR

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

01/09/2002 14/01/2004 28/05/2005 10/10/2006 22/02/2008 06/07/2009 18/11/2010 01/04/2012 14/08/2013

Vel.

de co

rte

(m/s

) e S

t (10

^6)

Vazã

o (m

³/s)

Q (E1) Q(E5) u* St

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

01/09/2002 14/01/2004 28/05/2005 10/10/2006 22/02/2008 06/07/2009 18/11/2010 01/04/2012 14/08/2013

OD

(m

g/l)

Ln

Ln OD (mg/l)

Resultados

u*

vazão 1

St

vazão 2

OD

Ln

• Período em vermelho: Afluente espalha na superfície (Fr^2 positivo)

• Resto: afluente entra no fundo (Fr^2 negativo)

• Poucos dados e dados existentes permitem umaanalise rápida dos processos de mistura numreservatório

• Existem correlações entre OD e os númeroscaracterísticos, porem não sempre e necessita-secombinações dos números característicos

• Promissor para

– desenvolver uma ferramenta de gestão de reservatórios

– Complementando com modelagem matemática (1Dvertical e/ou 3D)

– Planejamento de campanhas de medição

Conclusão

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Literature (article)

http://gleon.org/research/projects/lake-analyzer

http://www.ufpr.br/

Read_et_al_2011.pdf

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Advanced analysis

BUENO, Rafael de Carvalho and BLENINGER, Tobias Bernward. Ondas Internas

produzidas pelo vento no Reservatório do Vossoroca, PR, Brasil. RBRH [online].

2018, vol.23, e25. Epub June 18, 2018. ISSN 1414-

381X. http://dx.doi.org/10.1590/2318-0331.231820170203.

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S2318-

03312018000100221&script=sci_abstract&tlng=pt

http://www.ufpr.br/

presentation-main.pdf

http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?IsisScript=iah/iah.xis&base=article%5Edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextAction=lnk&indexSearch=AU&exprSearch=BUENO,+RAFAEL+DE+CARVALHO

http://www.scielo.br/cgi-bin/wxis.exe/iah/?IsisScript=iah/iah.xis&base=article%5Edlibrary&format=iso.pft&lang=i&nextAction=lnk&indexSearch=AU&exprSearch=BLENINGER,+TOBIAS+BERNWARD

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