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Título: Influência dos modelos digitais de terreno na modelagem de circulação hidrodinâmica 2DH: um estudo de caso
Autor(es): Moura, José Edson de
Palavras-chave: MDT;Ambiente costeiro;Modelagem;Circulação hidrodinâmica;SisBaHiA;DEM;Coastal environment;Models;Hydrodynamic circulation;SisBaHiA
Data do documento: 28-Dez-2010
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: MOURA, José Edson de. Influência dos modelos digitais de terreno na modelagem de circulação hidrodinâmica 2DH: um estudo de caso. 2010. 137 f. Dissertação (Mestrado em Saneamento Ambiental; Meio Ambiente; Recursos Hídricos e Hidráulica) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2010.
Resumo: 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
metadata.dc.description.resumo: Os modelos digitais de terreno (MDT) consistem na representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial que ocorre dentro de uma região da superfície terrestre. A qualidade da representação do MDT está influenciada, dentre outros fatores, pela origem do dado e pelo algoritmo interpolador utilizado. A caracterização da circulação hidrodinâmica é um dos estudos com apelo ambiental que se utiliza dos MDTs como dado de entrada e, independentemente da complexidade dos processos representados nos modelos numéricos, pode ter a qualidade de seus resultados dependente da capacidade de reprodução do MDT usado para representar a batimetria da área de interesse. Sendo assim, o objetivo deste estudo é avaliar a influência de batimetrias obtidas de diversos MDTs, nos padrões de circulação hidrodinâmica via modelagem numérica. Para tanto, considerou-se os dados referentes à região costeira do nordeste do Brasil, correspondente ao litoral setentrional do estado do Rio Grande do Norte, frontal aos municípios de Macau, Guamaré e Galinhos. Essa região se caracteriza pela forte presença de processos físicos costeiros, com batimetria rasa e complexas feições de fundo. A presença intensa de atividades petrolíferas faz da região uma das mais importantes para o desenvolvimento socioeconômico do estado, mas, por outro lado, potencializa a possibilidade de acidentes ambientais de grandes e graves proporções. O modelo de circulação hidrodinâmica utilizado foi o 2DH, que faz parte do Sistema de Hidrodinâmica Ambiental, chamado SisBaHiA®, desenvolvido pela área de Engenharia Costeira e Oceanográfica do Programa de Engenharia Oceânica da COPPE/UFRJ. Os interpoladores avaliados foram Vizinho Natural, Krigagem, Triangulação Irregular Linear, Inverso da Distância, Vizinho mais Próximo, Mínima Curvatura, Função de Base Radial, Polinômio Local, Regressão Polinomial, Média Móvel, Métrica de Dados e Método de Shepard Modificado, implementados no software comercial Surfer® para a geração dos MDTs. Os dados batimétricos, que serviram como base para a construção dos MDTs, são oriundos de campanha de campo e de cartas náuticas. Os resultados das modelagens foram analisados pelas avaliações dos campos de velocidade e elevação, sob três aspectos: uma visão espacial dos resultados, através da análise de três perfis perpendiculares à linha de costa e um perfil transversal à linha de costa; uma visão temporal dos resultados, ao longo do período de 30 dias, a partir de três nós centrais da malha; e finalmente uma análise hodográfica das componentes de velocidade em U e V, em diferentes ciclos de marés. Foram verificadas variações pouco significativas nos campos de elevações, podendo as mesmas serem desprezadas, porém no que diz respeito aos campos de velocidade e direções de fluxo, notam-se variações associadas aos MDTs utilizados, uma vez que todas as condicionantes hidrodinâmicas foram mantidas
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/15969
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