Doutorado em Engenharia Civil

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Navegando Doutorado em Engenharia Civil por Autor "Coelho, Lineker Max Goulart"

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    Metodologia para determinação de regimes ecológicos de vazões em rios tropicais
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2020-12-15) Léo, Verônica Bernardes de Souza; Santos, Hersília de Andrade e; Coelho, Lineker Max Goulart; http://lattes.cnpq.br/8891697482850065; http://lattes.cnpq.br/3618369732101367; http://lattes.cnpq.br/9562141519885929; Santos, Hersília de Andrade e; Coelho, Lineker Max Goulart; Capel, Francisco Martínez; Melo, Marília Carvalho de; Azevedo, Rogério Cabral de; Mattos, Tailan Moretti
    A má gestão dos recursos hídricos aliada ao crescimento pela demanda de água e às mudanças climáticas são fatores impactantes no regime de vazões de rios, interferindo diretamente na biodiversidade dos ecossistemas aquáticos e dificultando o desenvolvimento das atividades econômicas locais. Neste contexto, estudos sobre vazão ecológica (magnitude da vazão) têm sido desenvolvidos em todo o mundo desde os anos 1970 e nos últimos anos, esta abordagem evoluiu para a determinação de um regime ecológico (hidrograma ambiental) com todas suas componentes. Existem mais de 200 metodologias relacionadas ao tema no mundo, sendo que, no Brasil, a legislação determina aplicação dos métodos mais simples (com abordagem hidrológica) para concessão de outorga de água. Recentes estudos no Brasil aplicam métodos mais complexos de determinação de vazão ecológica e até de regime ecológico, porém estes não propõem abordagem adaptativa que considere as particularidades de baixa disponibilidade de dados ecológicos em comparação à ampla biodiversidade das áreas tropicais e de escassez de recursos financeiros de países normalmente localizados nestas áreas. Assim, este trabalho buscou responder as seguintes perguntas de pesquisa: (1) Quais os principais métodos e estudos de vazão ecológica/hidrograma ambiental aplicados em regiões tropicais com baixa disponibilidade de dados ecológicos em comparação à biodiversidade local e com escassez de recursos financeiros? (2) A partir de quando iniciaram estes estudos e quais são as principais considerações destes estudos em relação à aplicação da metodologia por órgãos gestores de recursos hídricos? (3) Quais os principais índices alterados do regime de vazões de um trecho de rio sem presença de barramentos? (4) Existe correlação dos índices de alteração hidrológica do regime de vazões do rio escolhido para o estudo com parâmetros indicativos de mudanças climáticas e de alteração antrópica? (5) Quais espécies de peixes teriam a disponibilidade de habitat físico mais impactada por ações antrópicas e/ou climáticas sobre o regime de vazões? (6) Quais as implicações na disponibilidade de habitats nos cenários relacionados a ações antrópicas e/ou climáticas sobre o regime de vazões num rio? (7) Qual o método multicritério mais adequado para determinação de um hidrograma ambiental em regiões tropicais que considere critérios ecológicos, econômicos e sociais e que apresente praticidade de aplicação por órgãos reguladores do uso d’água? Para o desenvolvimento do trabalho, realizou-se uma pesquisa bibliográfica sistemática sobre o tema e foi escolhido um trecho do rio Preto, afluente do rio Paraíba do Sul, onde foram cumpridas as seguintes etapas: (1) caracterização da área de estudo, (2) coleta de informações em campo, (3) aplicação dos métodos de abordagem do alcance da variabilidade (em inglês RVA) e de correlação linear entre variáveis climáticas e antrópicas com o regime de vazões, (4) modelagem hidrodinâmica do trecho com aplicação da simulação de habitat das principais espécies neotropicais de peixes (em inglês PHABSIM) e (5) desenvolvimento e aplicação de nova metodologia para regimes ecológicos de vazões. Como resultados, o regime de vazões na área estudada apresentou IHA com elevada alteração em quatro componentes do rio (magnitude, frequência, duração e taxa de variação) ao longo do tempo. Ao relacionar as modificações encontradas no regime de vazões com métricas antrópicas e climáticas, mostrou-se forte correlação, no período mais atual, das vazões locais com alterações no comportamento do Oceano Atlântico (alteração climática) e com alterações na quantidade de bovinos existentes na região (alteração antrópica). Estes resultados implicaram na diminuição em aproximadamente 40% da descarga superficial devido aos efeitos da pecuária e 10% devido às mudanças climáticas globais. Ao serem simuladas, a partir do método PHABSIM, estas alterações na vazão para as curvas de aptidão desenvolvidas das 6 espécies locais encontradas com maior abundância indicaram que as espécies Brycon opalinus e Astyanax intermedius requerem maior atenção em cenários de maior comprometimento da quantidade de água em função de atividades antrópicas e mudanças climáticas. As vazões mínimas estabelecidas por legislação brasileira geram área de habitat físico disponível bastante diferente entre si, principalmente quando considerados diferentes cenários de impacto antrópico e climático. De posse dessas variáveis relacionadas ao regime ambiental de vazões, foi então desenvolvida a metodologia ARVE e ao aplicar a mesma chegou-se a resultados consistentes que indicam que o modelo multicritério proposto responde corretamente aos critérios ambientais, econômicos e sociais propostos, podendo ser utilizado por gestores da água para simular cenários já existentes ou até mesmo futuros. De forma geral, conclui-se que o regime de vazões em rios tropicais é altamente alterado pela atividade humana e intensificado pelas mudanças climáticas, podendo essas alterações ser simuladas para verificar e gerir melhor o regime hídrico. Sugere-se para pesquisas futuras considerar outras variáveis antrópicas (econômicas e sociais) e climáticas que impactam na dinâmica dos rios. A proposição do novo método para determinação do regime ecológico auxilia políticas públicas voltadas à gestão hídrica em áreas tropicais com baixa disponibilidade financeira e escassez dados ecológicos.
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    Modelos hidrodinâmicos do escoamento a jusante de usinas hidroelétricas: subsídios para avaliação de impactos a ICTIOFAUNA
    (Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, 2023-02-10) Mendes, Ludmila Moura Moreira; Santos, Hersília de Andrade e; Politano, Marcela Susan; http://lattes.cnpq.br/3618369732101367; http://lattes.cnpq.br/7998397346679874; Santos, Hersília de Andrade e; Viana, Edna Maria de Faria; Silva, Luiz Gustavo Martins da; Coelho, Lineker Max Goulart
    As Usinas Hidrelétricas (UHE) ocasionam mudanças no escoamento a jusante do seu barramento que influenciam o comportamento do ictiofauna. Tendo em vista essas alterações, o objetivo geral da presente pesquisa foi elaborar modelos numéricos de escoamento a jusante de barramentos que representem de maneira significativa os processos físicos, necessários para a compreensão do comportamento de espécies de peixes, principalmente relacionados à atração de corredores de migração e à utilização de corredores de natação. De forma a avaliar o uso de modelos hidrodinâmicos para impactos relacionados às usinas hidrelétricas e ictiofauna, uma revisão sistemática foi realizada de forma a subsidiar definições mais holísticas sobre temas bem como fornecer informações a respeito das características dos modelos que serão empregados. Foram construídos e validados modelos hidrodinâmicos tridimensionais do escoamento hidrodinâmico a jusante da UHE de Três Marias (Brasil). Diferentes aproximações relacionadas à turbulência foram aplicadas e os resultados hidrodinâmicos serão confrontados com informações de capacidade natatória de peixes neotropicais. Após a simulação, foram obtidas informações sobre características hidráulicas relacionadas à velocidade, energia cinética turbulenta (em inglês, turbulent kinetic energy, TKE) e deformação hidráulica (em inglês, total hydraulic strain, THS). Esse estudo respondeu às seguintes perguntas: 1) Ocorrem alterações nos campos de velocidade e turbulência do escoamento a jusante da UHE devido à sua operação? Se sim, quais são as principais diferenças observadas nesses campos? 2) Existem corredores de natação em áreas a jusante da UHE que possam atrair peixes para essas áreas? 3) Onde se concentram as principais estruturas do escoamento que podem influenciar os padrões de ictiofauna nessas áreas? 4) Quais os principais impactos na ictiofauna associados aos modelos hidrodinâmicos? 5) Quais os critérios de seleção das espécies estudadas com base na capacidade natatória? 6) Quais são as principais diferenças entre os resultados obtidos por modelos hidráulicos numéricos para estudos de impactos ambientais em UHE? 7) Os modelos tridimensionais RANS (em inglês, Reynolds Averaged Navier Stokes) e DDES (em inglês, Delayed Detached Eddy Simulation) são semelhantes no processo de captura de fenômenos hidráulicos, importantes para a compreensão do comportamento ambiental de espécies de peles, em diferentes áreas do escoamento ao longo do trecho do rio? 8) Como se comportam as variáveis hidráulicas magnitude da velocidade, turbulência e a deformação hidráulica (apontadas como impor antes explicadores do comportamento de peixes) em trechos a jusante de UHE ao longo da distância? Observou-se como resultados principais os seguintes pontos: 1) os campos de escoamento do canal de fuga da UHE apresentam uma deformação hidráulica e uma homogeneidade de velocidade maiores que o campo de escoamento do trecho de rio a jusante; 2) as velocidades do canal de fuga são baixas para individuos maduros de todas as espécies estudadas, as quais podem nadar do trecho do rio a jusante para áreas inseguras no sanal de fuga no modo sustentável e prolongado por corredores disponiveis para as diferentes vazões simuladas; 3) existe uma ampla contribuição dos modelos de CFD em estudos de impacto de barragens nas comunidades de peixes, porém há uma prevalência de pesquisas em passagens para peixes; 4) observou-se um aumento nas pesquisas sobre espécies não-salmonideas, nativas ou ameaçadas de extinção, especialmente na China; 5) a amostragem de dados de peixes, a extensão do dominio e a complexidade dos fenômenos estudados no escoamento desempenham um papel importante na definição do modelo numérico: 6) a seleção do software está relacionada ao tipo de impacto estudado e a associação de diferentes modelos tem aprimorado a simulação de comportamento de peixes no campo hidrodinâmico; 7) há poucas pesquisas no hemisfério sul e em áreas com grande diversidade de peixes: 8) a qualidade do habitat e a modelagem do movimento do peixe são áreas promissoras para o uso do CFD; 9) foram observadas diferenças na velocidade de escoamento, energia cinética turbulenta e deformação hidráulica dos modelos DDES e RANS; 10) o modelo DDES apresentou uma maior concordância com os dados ADCP; 11) a velocidade do escoamento foi significativamente relacionada à distância da represa e algumas áreas no trecho de três quilômetros podem atuar como barreiras de velocidade para o Pimelodus maculatus. Espera-se que as contribuições dadas por essa tese possibilitem o avanço na discussão cientifica sobre impactos ambientais oriundos de UHE em ambientes aquáticos.