Doutorado em Engenharia Civil

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Navegando Doutorado em Engenharia Civil por Assunto "Impacto de barramentos"

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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) 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.