Doutorado em Engenharia Civil

URI Permanente para esta coleção

https://repositorio.cefetmg.br//handle/123456789/625

Navegar

Navegando Doutorado em Engenharia Civil por Autor "Hersília de Andrade e Santos"

Agora exibindo 1 - 2 de 2
  • Imagem de Miniatura
    Item
    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; Hersília de Andrade e Santos; Lineker Max Goulart Coelho; Francisco Martínez Capel; Marília Carvalho de Melo; Rogério Cabral de Azevedo; Tailan Moretti Mattos
    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 a 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 a 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 a 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 climática 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 regime 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 existente na região (alteração antrópica). Estes resultados implicaram na diminuição em aproximadamente 40% da descarga superficial devido aos efeitos da pecuária e de 10% devido as 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 de 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 de todas estas variáveis encontradas que são relacionadas ao regime ambiental de vazões, foi então desenvolvida a metodologia ARVE e ao aplicar a mesma chegouse a resultados consistentes que indicam que o modelo multicritério proposto responde corretamente aos critérios ambientais, econômicos e sociais propostos e que este pode ser utilizado por gestores da água de forma a simular cenários já existentes ou até mesmo cenários futuros. De forma geral, conclui-se que o regime de vazões em rios tropicais de cabeceiras é altamente alterado pela atividade humana e ainda são intensificados pelas mudanças climáticas, e que estas alterações podem ser simuladas para verificar e gerir de uma melhor forma o regime de vazões de cursos d’água. Sugere-se para pesquisas futuras considerar outras variáveis antrópicas (econômicas e sociais) e climáticas que impactam na dinâmica dos rios. De forma geral, a proposição de novo método de determinação de regime ecológico, que considere variáveis ambientais, econômicas e sociais auxilia políticas de gestão dos recursos hídricos de áreas tropicais localizadas em locais com baixa disponibilidade de dados ecológicos e baixo incentivo financeiro.
  • Imagem de Miniatura
    Item
    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) Mendes, Ludmila Moura Moreira; Santos, Hersília de Andrade e; Politano, Marcela Susan; http://lattes.cnpq.br/3618369732101367; Hersília de Andrade e Santos; Marcela Susan Politano
    As Usinas Hidroelétricas (UHE) ocasionam mudanças no escoamento a jusante do seu barramento que influenciam o comportamento da ictiofauna. Tendo em vista essas alterações, o objetivo geral da presente pesquisa foi elaborar modelos numéricos de escoamentos hidráulicos a jusante de barramentos que representem de forma significativa os processos físicos, necessários para a compreensão do comportamento de espécies de peixes, principalmente relacionados a atração exercida pelas turbinas e a utilização de corredores de natação. De forma a avaliar o uso de modelos hidrodinâmicos para impactos relacionados a usinas hidrelétricas e ictiofauna, uma revisão sistemática foi realizada de forma a subsidiar definições mais holísticas sobre tema bem como fornecer informações a respeito das características dos modelos a serem empregados. Foram construídos e validados modelos hidrodinâmicos bidimensionais e tridimensionais do escoamento hidráulico a jusante da UHE de Três Marias (Brasil). Diferentes aproximações relacionadas a 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 a velocidade, energia cinética turbulenta (em inglês, turbulent kinetic energy, TKE) e deformação hidráulica (em inglês, total hydraulic strain, THS). Esse trabalho respondeu as seguintes perguntas: 1) Ocorrem alterações nos campos de velocidade e turbulência do escoamento a jusante da UHE devido a sua operação que possam influenciar o comportamento de cardumes de peixes nessas áreas? 2) Existem corredores de natação em áreas a jusante de UHE que podem levar os peixes a áreas próximas às turbinas? 3) Onde se concentram os principais estudos de modelos hidrodinâmicos aplicados à problemas de ictiofauna oriundos da operação de UHE? 4) Quais os principais impactos abordados nesses estudos com modelos hidrodinâmicos? 5) Quais os critérios de seleção das espécies estudadas e técnicas para obter os dados de comportamento de peixes? 6) Quais as principais características dos modelos hidráulicos numéricos para estudos de impacto a ictiofauna devido a 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 peixes, 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 importantes 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 indivíduos maduros de todas as espécies estudadas, as quais podem nadar do trecho do rio a jusante para áreas inseguras no canal de fuga no modo sustentável e prolongado por corredores disponíveis 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-salmonídeas, nativas ou ameaçadas de extinção, especialmente na China; 5) a amostragem de dados de peixes, a extensão do domínio 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 científica sobre impactos ambientais oriundos de UHE em ambientes aquáticos.