Modelos hidrodinâmicos do escoamento a jusante de usinas hidroelétricas: subsídios para avaliação de impactos a ictiofauna
| dc.contributor.advisor | Santos, Hersília de Andrade e | |
| dc.contributor.advisor-co | Politano, Marcela Susan | |
| dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/3618369732101367 | |
| dc.contributor.author | Mendes, Ludmila Moura Moreira | |
| dc.contributor.referee1 | Hersília de Andrade e Santos | |
| dc.contributor.referee2 | Marcela Susan Politano | |
| dc.date.accessioned | 2023-06-20T12:17:29Z | |
| dc.date.available | 2023-06-20T12:17:29Z | |
| dc.date.issued | 2023 | |
| dc.description.abstract | 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. | |
| dc.description.abstractother | The Hydroelectric Power Plants (UHE) cause changes in the flow downstream of their dam that influence the behavior of the ichthyofauna. In view of these changes the aim of the present research was to develop numerical models of hydraulic flows downstream of dams that represent significantly the physical processes, necessary to understand the behavior of fish species, mainly related to the attraction exerted by turbines and the use of swimming corridors. In order to evaluate the use of hydrodynamic models for impacts related to HPP and ichthyofauna, a systematic review was carried out to support more holistic definitions on the subject as well as to provide information regarding the characteristics of the models to be employed. Two and three-dimensional hydrodynamic models of the hydraulic flow downstream of the Três Marias HPP (Brazil) were built and validated. Different approximations related to turbulence were applied and the hydrodynamic results will be confronted with information on the swimming capacity of Neotropical fish. After the simulation, information about hydraulic characteristics related to velocity, turbulent kinetic energy (TKE) and total hydraulic strain (THS) were obtained. This work answered the following questions: 1) Do changes occur in the velocity and turbulence fields of the flow downstream of the HPP due to its operation that may influence the behavior of fish shoals in these areas? 2) Are there swimming corridors in areas downstream of HPP that may lead fish to areas close to the turbines? 3) Where are the main studies of hydrodynamic models applied to fish population problems arising from HPP operation? 4) What are the main impacts addressed in these studies with hydrodynamic models? 5) What are the selection criteria for the studied species and techniques to obtain fish behavior data? 6) What are the main characteristics of numerical hydraulic models for impact studies on ichthyofauna due to HPP? 7) Are the three-dimensional models RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) and DDES (Delayed Detached Eddy Simulation) similar in the process of capturing hydraulic phenomena, important for understanding the environmental behavior of fish species, in different areas of flow along the river stretch? 8) How do the hydraulic variables magnitude velocity, turbulence and the total hydraulic strain (pointed out as important explainers of fish behavior) behave in downstream stretches of HPP over distance? The following points were observed as main results: 1) the flow fields of the HPP forebay show a higher total hydraulic strain and velocity homogeneity than the flow field of the downstream river stretch; 2) forebay velocities are low for mature individuals of all species studied, which can swim from the downstream river reach to unsafe areas in the forebay in the sustainable mode and extended by corridors available for the different flows simulated; 3) there is a broad contribution of CFD models in studies of dam impacts on fish communities, but there is a prevalence of research on fish passages; 4) an increase in research on non-salmonid, native or endangered species has been observed, especially in China; 5) the sampling of fish data, the extent of the domain and the complexity of the phenomena studied in the flow play an important role in the definition of the numerical model; 6) the selection of software is related to the type of impact studied and the association of different models has improved the simulation of fish behavior in the hydrodynamic field; 7) there is little research in the southern hemisphere and in areas with high fish diversity; 8) habitat quality and fish movement modeling are promising areas for the use of CFD; 9) differences in flow velocity, turbulent kinetic energy, and total hydraulic strain were observed for the DDES and RANS models; 10) the DDES model showed better agreement with ADCP data; 11) flow velocity was significantly related to distance from the dam, and some areas in the three-kilometer stretch may act as velocity barriers for Pimelodus maculatus. It is hoped that the contributions made by this thesis will advance the scientific discussion on environmental impacts from HPP in aquatic environments. | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.cefetmg.br/handle/123456789/307 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais | |
| dc.publisher.country | Brasil | |
| dc.publisher.initials | CEFET-MG | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil | |
| dc.subject | Usinas hidrelétricas - Aspectos ambientais | |
| dc.subject | Impacto de barramentos | |
| dc.subject | Comportamento da ictiofauna | |
| dc.subject | Modelos hidráulicos | |
| dc.title | Modelos hidrodinâmicos do escoamento a jusante de usinas hidroelétricas: subsídios para avaliação de impactos a ictiofauna | |
| dc.type | Thesis | |
| dspace.entity.type |
Arquivos
Pacote Original
1 - 1 de 1
Carregando...
- Nome:
- Modelos hidrodinamicos do escoamento a jusante de usinas hidroeletricas_Tese.pdf
- Tamanho:
- 6.03 MB
- Formato:
- Adobe Portable Document Format
Licença do Pacote
1 - 1 de 1
Nenhuma Miniatura disponível
- Nome:
- license.txt
- Tamanho:
- 1.71 KB
- Formato:
- Item-specific license agreed to upon submission
- Descrição: