Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado

Transcrição

Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente do DEC-FCTUC
Mestrado Integrado em Engenharia Civil
Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente
Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado
(2009-2010)
Índice
1. ABASTECIMENTO DE ÁGUA
2
2. APROVEITAMENTOS HIDRÁULICOS
8
3. CONTROLO DA POLUIÇÃO
10
4. DRENAGEM URBANA
13
5. ESTRUTURAS HIDRÁULICAS
20
6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL
23
7. HIDRÁULICA FLUVIAL E COSTEIRA
25
8. HIDROLOGIA
29
9. QUALIDADE DE ÁGUA
37
10. RECURSOS HÍDRICOS
38
Propostas de temas para dissertação de mestrado
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1. ABASTECIMENTO DE ÁGUA
Título: Calibração de Modelos Hidráulicos em Sistemas de Abastecimento de Água.
Orientação científica:
Prof. José Alfeu Sá Marques
Assunto e objectivos: O AWWA Research Committee on Water Distribution Systems descreve o processo de calibração
como sendo: “A simulação de um sistema é considerada verificada quando as pressões calculadas estão satisfatoriamente
próximas das leituras observadas em campo, para determinadas condições de fornecimento e armazenamento. É importante
realçar que esta última definição refere a necessidade de proceder à calibração para diferentes cenários de funcionamento da
rede (consumos, bombeamentos e armazenamento). Esta condição talvez seja uma das mais relevantes quando se procede a
uma calibração. Suponha-se que se procedeu à calibração de um modelo utilizando um único cenário de comportamento do
sistema real. Mesmo que essa calibração tenha sido bem sucedida, não há garantias de que esse modelo reproduza
convenientemente o comportamento do sistema real face a cenários distintos daquele para qual foi calibrado. Ao calibrar um
modelo com um único cenário, o ajuste incorrecto de alguns parâmetros pode eliminar os erros provocados por outros. Desta
forma, pode-se ser conduzido a pensar que se está perante um modelo que reproduz fielmente o comportamento do sistema
real, quando, na realidade, não passa de um mau modelo. Para evitar a ocorrência destas situações, a calibração deve
realizar-se para o maior número possível de cenários, desde que se disponha de informação precisa para o fazer, e estes
devem englobar uma grande diversidade de situações de operação do sistema. Para dar ênfase a este aspecto, Walski
introduziu uma nova definição do conceito de calibração, a qual, por se julgar mais completa, se passa a apresentar:
“Calibração de um modelo de distribuição de água é um processo realizado em dois passos consistindo em: (1) comparação
de pressões e caudais previstos com pressões e caudais observados em condições de operação conhecidas (i.e., operação de
bombas, níveis dos reservatórios, definições de controlo de válvulas redutoras de pressão); e (2) ajustamento dos dados
introduzidos no modelo para melhorar a concordância entre os valores observados e os previstos. Um modelo considera-se
calibrado para um conjunto de condições de operação e de consumo de água se conseguir prever pressões e caudais com
razoável precisão. A calibração para um conjunto de condições de operação e de consumo de água não implica
necessariamente calibração em geral, se bem que a confiança na precisão dos resultados do modelo deva aumentar com o
aumento do número de condições para as quais o modelo é calibrado”.
Enquadramento: Protocolo com Águas de Coimbra no âmbito do “Planeamento, Gestão, Controlo e Inovação
nos Sistemas de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Residuais e Pluviais”. Bolsa de 3 meses
disponível (alunos com média de 14 valores ou superior). Prémio anual no valor de 1 500€ (mil e quinhentos
euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Área de especialização de Hidráulica).
Trabalhos envolvidos:
Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais e pressões).
Implementação e/ou exploração de estruturas computacionais para modelação dos processos
envolvidos.
Calendarização:
FASE ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
Recolha e análise de bibliografia
Trabalho laboratorial e de campo
Trabalho de modelação numérica
Redacção final do trabalho
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Título: Modelação Hidráulica em Sistemas de Abastecimento de Água. Modelação em regime Variável.
Prof. Rita Fernandes de Carvalho
Assunto e objectivo: É fundamental garantir a adequada concepção e funcionalidade dos sistemas de
distribuição e utilização de água, de forma a viabilizar a sua exploração segura e eficaz, sob o risco de
ser colocada em causa a eficiência dos diferentes usos públicos ou privados da água, com
consequências nefastas para a saúde pública, qualidade de vida e segurança das comunidades.
Neste contexto, é inegável o contributo que a modelação numérica e computacional pode dar no sentido de
responder aos desafios cada vez mais exigentes colocados pela sociedade, em geral, e a comunidade técnica e
científica em particular. Nesta perspectiva pode dizer-se que, na resolução das equações que regem o
comportamento físico dos escoamentos nos sistemas de distribuição de água, têm, na maioria das situações, sido
consideradas condições de regimes permanentes ou quasi-permanentes, dado que a modelação em regime
variável, além de muitas muito complexa, se torna muito mais exigente em termos de esforço computacional,
tanto no respeitante ao tempo necessário à execução do cálculo como ainda relativamente à memória requerida.
Assim, uma vez que a modelação dos escoamentos em regime dinâmico se aproxima mais da realidade física
dos escoamentos, além de por vezes se tornar essencial a sua utilização, no presente trabalho pretende dar-se um
contributo para fazer face a alguns inconvenientes que apresentam os modelos dinâmicos, mormente o Método
das Características (MOC). Nesta conformidade pretende-se criar e implementar uma estrutura de cálculo
computacional, ajustando o referido Método, de modo a conseguir com o mesmo, tempos de cálculo e
necessidades de memória computacional mais baixas, sem que no entanto seja colocado em causa o rigor das
soluções a alcançar.
euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Perfil de Hidráulica).
Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais e pressões).
envolvidos.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
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Título: Critérios de Dimensionamento e Modelação Matemática de Ventosas em Sistemas Adutores
Prof. José Manuel Abreu
Assunto e objectivos: Para evitar os numerosos problemas derivados da presença de ar nas instalações é pratica
habitual a colocação de ventosas. A perigosidade do ar libertado nas condutas é posta em evidência pelo facto
deste ser um gás altamente compressível capaz de absorver a energia cinética de uma massa de água em
movimento e transforma-la em trabalho de compressão. As ventosas são dispositivos de funcionamento
automático usualmente utilizadas em sistemas adutores com dois objectivos fundamentais: a ventilação do
sistema e como dispositivo de protecção contra o golpe de aríete.
O dimensionamento e a selecção das ventosas deverá realizar-se com grande precaução, de forma a
evitar problemas no respectivo funcionamento. Em geral, interessa uma admissão de ar o mais rápida possivel
para limitar as depressões e uma expulsão lenta e controlada (velocidades elevadas de expulsão do ar poderão
ocasionar uma sobrepressão significativa aquando do fechamento da ventosa). Em conformidade, os coeficientes
de admissão e explusão, assim como as dimensões das ventosas, devem ser optimizados tanto sob a perspectiva
das necessidades funcionais da instalação como do intervalo de pressões que a conduta possa suportar.
O objectivo principal do trabalho é desenvolver um modelo computacional capaz de simular o
comportamento operacional das ventosas instaladas em condutas adutoras, baseado na analogia de um
reservatório de ar comprimido (RAC) com um orifício.
Pretende-se que a exploração sistemática do modelo computacional possibilite a proposta de
recomendações a seguir na concepção e dimensionamento destes órgãos hidromecânicos.
Recolher informação sobre caracterização estática e dinâmica de ventosas e analisar os vários modelos
matemáticos utilizados para simulação do respectivo funcionamento.
Implementação de um modelo computacional para a resolução do problema descrito.
Elementos bibliográficos a consultar:
FUERTES, V., “Transitorios Hidráulicos con Aire Atrapado”, Tese de Doutoramento. Universidade Politécnica
de Valência, Espanha, 2001.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MESES
1º
1
2
Estudo e análise comparativa dos modelos
matemáticos de simulação existentes
3
Implementação do modelo computacional
4
2º
3º
4º
5º
6º
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Título: Selecção e dimensionamento de dispositivos de protecção em condutas elevatórias
Assunto e objectivos: O critério de menor custo (modelos estático ou quase-estático) conduz, em geral, a
condutas elevatórias com velocidades de circulação elevadas as quais agravam potencialmente os riscos de
acidentes durante a exploração devido aos transitórios hidráulicos (golpe de aríete), originados como
consequência das paragens de bombas. Os modelos de simulação elásticos devem ser utilizados para evitar,
sempre que possível, os efeitos negativos do golpe de aríete (modificando o diâmetro ou traçado das condutas,
reduzindo o valor da velocidade em escoamento permanente, etc.) e, apenas posteriormente, se deverá passar à
fase de protecção com dispositivos adicionais. Nos casos em que tal se revele indispensável, os sistemas de
protecção devem ser cuidadosamente estudados e analisados de forma a proporcionar fiabilidade na operação.
O trabalho proposto consiste, numa primeira fase, em efectuar uma revisão e síntese das principais
técnicas de protecção contra o golpe de aríete e dos critérios básicos para a selecção de dispositivos especiais de
protecção. Esta análise deverá permitir propor, com base em parâmetros adimensionais, critérios orientativos
conducentes à escolha do dispositivo de protecção primário a utilizar no caso de sistemas simples.
Frequentemente, haverá que comparar, do ponto de vista económico, mais que uma solução. A segunda parte do
trabalho consiste em elaborar um modelo computacional que oriente o projectista na escolha da melhor solução
permitindo uma fácil análise de diferentes cenários e simultaneamente disponibilizando as funções
indispensáveis para quantificar os benefícios e os custos associados a cada alternativa considerada.
Revisão e síntese das principais técnicas de protecção contra o golpe de aríete e dos critérios básicos
para a selecção de dispositivos especiais de protecção.
ALMEIDA, A.B., “Manual de Protecção contra o Golpe de Aríete em Condutas Elevatórias ”, LNEC, Lisboa,
1982.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MESES
1º
1
2
3
4
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5º
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Título: Utilização de modelos dinâmicos no dimensionamento de sistemas adutores
Prof. José Manuel Abreu e
Prof. José Lopes de Almeida
Assunto e objectivos: Em sistemas de adução complexos com múltiplos reservatórios, comuns em grandes
aduções multimunicipais e/ou regionais de abastecimento de água, o dimensionamento dos elementos que
intervêm na sua regulação (capacidade dos reservatórios, número e capacidade nominal das bombas) não é
exequível sem a utilização de modelos dinâmicos. O aparecimento de programas de simulação dinâmica em
período estendido nos anos 80, permitindo simular as variações dos consumos bem como representar
matematicamente o comportamento temporal de bombas, reservatórios e válvulas de controle, melhorou
consideravelmente as possibilidades para dimensionar redes complexas, bem como fortaleceu o conceito de
simulação como uma ferramenta para a gestão diária dos sistemas de distribuição. Estes modelos, para além das
equações de equilíbrio hidráulico, possuem também um conjunto de equações diferenciais em ordem ao tempo –
modelo de parâmetros concentrados – que permitem descrever a evolução dos volumes de água armazenados e
as variações de estado do equipamento electro-mecânico; permitem igualmente incluir regras de operação em
função dos consumos, pressões ou dos níveis de água nos reservatórios.
No entanto, é necessário não apenas garantir uma adequada operação do sistema como também a sua
segurança e fiabilidade. Para escoamentos transitórios muito rápidos torna-se necessário utilizar uma
aproximação mediante um modelo de parâmetros distribuídos ou modelo elástico (golpe de aríete).
O objectivo principal do presente trabalho é de através da utilização de modelos computacionais do
tipo dinâmico, melhorar a capacidade de apoio às decisões do engenheiro projectista ao longo das diferentes
fases de estudo e decisão do projecto de sistemas de transporte (adução) de água para abastecimento, ou seja,
nas fases de concepção, dimensionamento e verificação do funcionamento hidráulico, tendo em consideração
a interligação e a interacção dos diferentes componentes do sistema.
Estudo dos principais modelos de simulação dinâmica utilizados em escoamentos em pressão e análise
dos respectivos domínios de aplicação.
Implementação de um modelo computacional, interligando os anteriores modelos de simulação com
modelos de optimização simples, de forma a permitir uma análise global do problema.
RAMOS, L., “Contribuição para o Dimensionamento Hidráulico de Sistemas Adutores”, Dissertação de
Mestrado, DEC, Universidade de Coimbra, 2005.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
MESES
3º
4º
5º
6º
Página 6 de 41
Título: ANÁLISE ENERGÉTICA DE ESTAÇÕES
DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA DA CIDADE DE COIMBRA
ELEVATÓRIAS
DO
SISTEMA
DE
e Prof. José Alfeu Sá Marques
Assunto e objectivos: A cidade de Coimbra apresenta uma configuração topográfica bastante acidentada.
Consequentemente, as cotas de entrega da água aos consumidores situam-se dentro de uma ampla gama de
valores que vai aproximadamente dos 20 m aos 340 m. Dado que a captação do sistema de abastecimento se
localiza junto à cidade no sub-leito do rio Mondego, toda a água aduzida e distribuída pela empresa municipal
AC - Águas de Coimbra tem de ser mobilizada recorrendo a grupos moto-bomba alimentados electricamente.
Do ponto de vista da rede de distribuição, o arranque dos grupos elevatórios vai ser bastante condicionado pelos
padrões de consumo e pela capacidade de armazenamento dos reservatórios, não descurando obviamente as
características hidráulicas da rede onde se inserem. O problema apresenta portanto à partida uma globalidade
considerável. No entanto, no presente trabalho, propõem-se uma análise detalhada da rede de distribuição de
água da cidade de Coimbra, visando identificar “sub-redes” de menor complexidade que possam ser analisadas
de forma independente. Para essas “sub-redes” será desenvolvida uma optimização da exploração visando
determinar as políticas de exploração que minimizam os gastos/encargos energéticos. No final será efectuada
uma comparação com os consumos energéticos associados ao modo de exploração actualmente em uso na rede,
de modo a avaliar os potenciais ganhos energéticos envolvidos.
Revisão e análise da bibliografia relativa à optimização da exploração de estações elevatórias de redes
de distribuição.
Análise detalhada da rede de distribuição de água da cidade de Coimbra, determinação e análise crítica
da intensidade energética da água fornecida pelo sistema de distribuição da cidade de Coimbra e
identificação das “sub-redes” que vão ser objecto de análise.
Desenvolvimento e implementação de um modelo computacional visando optimizar a exploração de
estações elevatórias de “sub-redes” do sistema de distribuição de água à cidade de Coimbra.
Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.
Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, AC - ÁGUAS DE COIMBRA.
Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: European Commission, “Study on improving
the energy efficiency of pumps”, February 2001, AEAT-6559/ v 5.1
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MESES
1º
1
Revisão e análise da bibliografia.
2
Selecção e caracterização de casos tipo a estudar.
3
Desenvolvimento e implementação do modelo computacional.
Análise dos resultados e conclusões.
4
Redacção final da dissertação.
2º
3º
4º
5º
6º
Página 7 de 41
2. APROVEITAMENTOS HIDRÁULICOS
Título: SIMULAÇÃO DA GESTÃO DE APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS DE FINS
MÚLTIPLOS
Assunto e objectivos: Na análise da gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos é de grande
utilidade dispor da possibilidade de simular o seu comportamento hidráulico durante o período de exploração,
por exemplo, para estimar a sua valia energética ou o seu comportamento em situações de cheia. Esta simulação
pode ser desenvolvida com o recurso a modelos computacionais que incorporam, entre outras, as restrições
físicas (curva de volumes armazenados na albufeira, características dos descarregadores, das turbinas ou dos
grupos reversíveis), as restrições que traduzem o mecanismo de valorização da energia produzida, as restrições
relativas ao uso da água e um conjunto de regras, a definir pelo utilizador, que constituem o algoritmo de gestão
do empreendimento. Nesta perspectiva, propõe-se o desenvolvimento de um modelo computacional desenhado
para simular a gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos com contra-embalse e grupos
reversíveis, do tipo dos escalões Aguieira-Raiva.
Revisão e análise crítica dos principais modelos de simulação da gestão de aproveitamentos
hidroeléctricos de fins múltiplos.
Análise e determinação dos aspectos envolvidos na situação específica para a qual se pretende
desenvolver o modelo de simulação.
Desenvolvimento, implementação e aplicação de um modelo computacional incorporando uma
contribuição específica para simulação da gestão de um aproveitamento hidroeléctrico de fins mútiplos.
FERREIRA, E., “Explodia: Um modelo de simulação da exploração diária de pequenas centrais hidroeléctricas”,
Dissertação de Mestrado, IST, 1997.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
Revisão e análise crítica da bibliografia.
2
Análise e tipificação da situação a simular.
3
Desenvolvimento,
implementação
e
aplicação do modelo computacional.
Análise dos resultados.
4
2º
MESES
3º
4º
5º
6º
Página 8 de 41
Título: DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA A SIMULAÇÃO DA
EXPLORAÇÃO DO AÇUDE-PONTE DE COIMBRA EQUIPADO COM GRUPOS TURBOGERADORES
e
Assunto e objectivos: A Câmara Municipal de Coimbra participa no projecto CIVITAS MODERN (MObility,
Development and Energy use ReductioN) promovido e financiado pela União Europeia, o qual pretende tornar
os SMTUC auto-suficientes em termos da alimentação da rede eléctrica de tracção, recorrendo à produção
autónoma de energia renovável através de uma central mini-hídrica a instalar no açude ponte de Coimbra. Nesse
âmbito é necessário estudar a viabilidade técnico-económica e hidráulico-operacional da instalação do
equipamento de turbo-geração, levando em conta as condicionantes resultantes das ocupações do leito,
principalmente na zona urbana, e atendendo ainda à projectada nova escada de peixe. O trabalho proposto
consiste no desenvolvimento de um modelo computacional que permita simular a exploração desta infraestrutura considerando diversas configurações do equipamento turbo-gerador e diversas condições hidrológicas e
operacionais.
Revisão e análise crítica dos principais modelos de simulação da gestão de aproveitamentos
hidroeléctricos de fins múltiplos.
Revisão e análise crítica do estado da tecnologia de grupos turbo-geradores para aproveitamentos
hidroeléctricos de queda ultra-baixa.
Análise e determinação das condicionantes envolvidas na situação específica para a qual se pretende
desenvolver o modelo de simulação.
Desenvolvimento, implementação e aplicação de um modelo computacional de simulação.
Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, ABRH-C, INAG, SMTUC, CMC.
Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Costa, S. - “ OPTIMIZAÇÃO DA EXPLORAÇÃO DE
PEQUENOS APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS COM REGULARIZAÇÃO DIÁRIA”, Tese de
Mestrado, IST, 1996.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Análise e tipificação da situação a simular.
3
Desenvolvimento,
implementação
e
aplicação do modelo computacional.
4
2º
MESES
3º
4º
5º
6º
Página 9 de 41
3. CONTROLO DA POLUIÇÃO
Título: Transporte de sedimentos e poluentes pelo escoamento superficial e pelo sistema de drenagem de
águas pluviais em zonas urbanas
Prof. João Pedroso de Lima
Assunto e objectivos: O escoamento superficial em zonas urbanas contribui significativamente para o problema
da qualidade da água em muitas bacias hidrográficas. Nas zonas urbanas o escoamento superficial lava as
superfícies impermeabilizadas (e.g. pavimentos, arruamentos, telhados). É importante conhecer a dinâmica do
transporte destas substâncias no escoamento superficial. Esses transportes afectam a qualidade das águas a
jusante, podendo constituir uma fonte de poluição e afectar os ecossistemas.
Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a
Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO
COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO
ESCOAMENTO SUPERFICIAL).
Execução de trabalhos de laboratório e de campo utilizando um simulador de chuva em várias
superfícies (e.g. asfalto, calçada à portuguesa, terra batida). O transporte de sedimentos e de poluentes
será comparado para diversas situações.
Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório e de campo servirão para confirmar
os resultados numéricos.
Lima, J. L. M. P. de, V. P. Singh and M. I. P. de Lima, 2003. The influence of storm movement on water erosion: Storm
direction and velocity effects. CATENA, Elsevier, 52, 39-56.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
Meses
3º
4º
5º
6º
Trabalho laboratorial
Trabalho se modelação numérica
Página 10 de 41
Título: CONTRIBUIÇÃO PARA A CARACTERIZAÇÃO IN SITU DE PARÂMETROS FÍSICOQUÍMICOS DA QUALIDADE DA ÁGUA DO RIO MONDEGO
e Prof. José Alfeu Sá Marques
Assunto e objectivos: O rio Mondego é o quinto maior rio peninsular e o maior rio com bacia hidrográfica
integralmente contida em território português. Ao longo do seu curso as águas do Mondego abastecem diversas
populações e indústrias, accionam turbinas de centrais hidroeléctricas, propiciam diversas actividades
desportivas e recreativas, para além de irrigarem extensas áreas agrícolas. As águas do Mondego são também o
meio receptor da maioria das ETAR da sua bacia hidrográfica, bem como o local de destino dos lixiviados
resultantes da actividade agrícola. Por todos estes motivos é por demais evidente a necessidade de acompanhar a
medição dos mais expressivos parâmetros físico-químicos da qualidade da água do rio Mondego. Neste trabalho
propõe-se uma medição “in situ” de diversos parâmetros físico-químicos da qualidade da água através de uma
sonda multiparamétrica cuja utilização será precedida de um curso de formação junto do fornecedor. Após a
prévia calibração dos sensores da sonda, estando nesse âmbito previsto o apoio laboratorial da empresa
municipal Águas do Mondego, procurar-se-ão efectuar medições que permitam verificar se existem alterações
significativas da qualidade da água nas seguintes zonas em alternativa:
- zona imediatamente a montante do final do regolfo da barragem da Aguieira versus zona da albufeira
junto à barragem da Aguieira;
- zona junto à captação do sistema de abastecimento de água à cidade de Coimbra versus local de
rejeição do sistema de tratamento de água da cidade de Coimbra.
Revisão e análise da bibliografia relativa à caracterização físico-química da qualidade da água, em
particular no rio Mondego, bem como das tecnologias das medições “in situ” adoptadas;
Determinação dos locais de amostragem a adoptar e estabelecimento do protocolo de medição a
implementar.
Deslocação periódica aos locais, recolha e tratamento dos dados.
Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, AC - ÁGUAS DE COIMBRA, CMC.
Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Anna Lourantou, Jean-Pierre Thomé, Anne Goffart
- “Water quality assessment of a recently refilled reservoir: The case of Bütgenbach Reservoir, Belgium”
Lakes & Reservoirs: Research & Management, Volume 12, Issue 4 , Pages 261 - 274 .
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
Revisão e análise da bibliografia.
2
Determinação dos locais de amostragem a adoptar e
estabelecimento do protocolo de medição a implementar.
Deslocação periódica aos locais, recolha, tratamento e análise
dos dados.
3
4
2º
MESES
3º
4º
5º
6º
Página 11 de 41
Título: Reutilização de águas residuais comunitárias tratadas versus outras origens alternativas. Análise
dos aspectos económicos, ambientais, de qualidade dos efluentes e factores de risco.
Prof. António Freire Diogo
Assunto e objectivos: Existe actualmente uma preocupante carência de recursos hídricos em muitas regiões habitadas do
globo, que se prevê possa vir a ser substancialmente agravada em extensão e severidade na sequência das recentes alterações
climáticas à escala planetária. Os progressivos desenvolvimentos conseguidos no domínio da depuração e controlo de
qualidade de águas residuais comunitárias sujeitas a tratamento, torna a sua reutilização em muitas áreas, em particular na
irrigação de espaços verdes ou agrícolas e no reforço de reservas existentes, através, por exemplo, da recarga de aquíferos
subterrâneos, como uma solução que poderá ser, não só segura e favorável do ponto de vista económico, como
extremamente interessante em termos ambientais. Com a utilização deste recurso reciclado, torna-se possível compatibilizar
a necessidade de tratamento de águas residuais comunitárias, praticamente indispensável ao controlo dos níveis de poluição
nos meios receptores, a satisfação dos requisitos de volumes de água e de caudais para os fins pretendidos, e o
reaproveitamento de um bem essencial à vida, permitindo uma melhor gestão dos recursos hídricos disponíveis. Pretende-se
efectuar um estudo sobre os diversos aspectos relacionados com a problemática da reutilização de águas residuais
comunitárias, particularmente em termos económicos, através de uma análise dos actuais custos associados a diversos tipos
e níveis de tratamento, em oposição aos custos de investimento e exploração de outras origens alternativas em regiões
carenciadas, nomeadamente por dessalinização de água captada no mar.
Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil/Engenharia do Ambiente. Eventual possibilidade de
participação em possível futuro projecto internacional.
-
Estudo dos diversos aspectos relacionados com a reutilização de águas residuais comunitárias tratadas em
diferentes aplicações.
Análise de custos e perspectivas de evolução de diferentes tipos e níveis de tratamento de águas residuais
comunitárias e análise de custos associados a outras origens alternativas em regiões deficitárias.
Monte, M. H. (2008), “A reutilização de águas residuais tratadas e a gestão sustentável dos recursos hídricos”, 5º Congresso
Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Setembro 2008.
Diogo, A.F. e Oliveira, A.L. (2008), “Sistemas de drenagem e reutilização de águas residuais comunitárias da Zona
Sudoeste do Município da Praia, Cabo Verde, um caso de estudo”, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia,
Maputo, Setembro 2008.
Calendarização (5 meses): Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Trabalho de síntese, sistematização e análise dos
diversos aspectos envolvidos na reutilização de
águas residuais comunitárias tratadas.
3
Soluções alternativas e análise de custos.
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 12 de 41
4. DRENAGEM URBANA
Título: Modelação física à escala 1:100 da drenagem de águas pluviais em meio urbano com elevada
densidade de construção
Assunto e objectivos: A forma como a construção em altura influencia a resposta dos sistemas urbanos de drenagem de
águas pluviais à acção combinada do vento e da chuva não é bem conhecida, pelo que se torna relevante o aprofundar dos
conhecimentos neste domínio. O estudo tem como base a modelação física em laboratório do processo de precipitaçãoescoamento em áreas de elevada densidade de construção em altura (zonas de downtown). Foi construído um modelo físico,
à escala 1:100, representativo de uma zona urbana de forma quadrada com 200 m de lado e de elevada densidade de
construção, que permite a colocação de elementos paralelipipédicos representativos de edifícios de médio a grande porte
(aproximadamente 20 pisos). Pode utilizar-se um simulador de chuva (aspersor) montado numa estrutura móvel dotada de
motorização eléctrica e que corre sobre carris, o que permitiu reproduzir o movimento da chuvada, ao longo de um eixo,
simulando assim o deslocamento de uma célula de chuva.
Execução de ensaios laboratoriais que permitam simular a resposta do sistema de drenagem superficial
para diferentes cenários: chuva estática, com e sem edifícios; chuva móvel no sentidos da linha de
maior declive (linha de drenagem) e no sentido oposto, com e sem edifícios.
Análise dos resultados dos trabalhos de laboratório.
Calendarização:
FASE
Meses
ACÇÃO
1º
1
2
3
Tratamento da informação
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 13 de 41
Título: Avaliação de custos de operação, manutenção e exploração de infraestruturas de sistemas de
drenagem urbana
Inv. Luís Mesquita David (LNEC) e
Colaboração:
Prof. Rita Fernandes de Carvalho, Eng. Nuno Simões e Bolseiro Rui Pina;
Assunto e objectivo: Os sistemas de drenagem urbana tem por finalidade colectar os caudais de águas residuais
domésticas e pluviais e transporta-los até um destino final adequado, prevenindo inundações e a descarga de
águas residuais para os meios receptores. Estes sistemas dispõem de um conjunto de infraestruturas que requer
manutenção, exploração e, em diversos casos, reabilitação. O envelhecimento dos sistemas, o aumento das
exigências da legislação ambiental e a necessidade de sustentabilidade dos sistemas obrigam a decisões cada vez
mais fundamentadas nestas actividades. Pretende-se avaliar os custos de construção, de manutenção e de
exploração de diferentes opções de reabilitação de um subsistema da cidade de Coimbra.
Enquadramento: Estudo a realizar no âmbito dos protocolos existentes: 1- entre a Câmara Municipal de
Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação sobre Hidrologia Urbana; 2 –entre as Águas de Coimbra e
o Instituto Interdisciplinar de Investigação, sobre Planeamento, gestão, controlo e inovação nos sistemas de
abastecimento de água e drenagem de águas residuais e pluviais.
• Estudo de métodos de dimensionamento das diversas infraestruturas.
• Recolha de elementos sobre construção, manutenção e exploração de infraestruturas.
• Análise custo/benefício de diferentes opções.
• Planos directores de drenagem urbana.
• Instituto do Ambiente (2002): “Estratégia Nacional para o Desenvolvimento Sustentável –ENDS 2002”,
Lisboa, Portugal.
• European Commission (1998): “Task-Force Environment-Water”, Bruxelas, Bélgica.
Calendarização:
Fase
Acção
1 Recolha e análise de bibliografia
2 Recolha de dados
3 Análise e tratamento dos dados
4 Desenvolvimento de um modelo hidráulico e de custos
5 Redacção do trabalho
1
2
3
4
5
Página 14 de 41
Título/ Tema: Sistemas sustentáveis de drenagem urbana
Prof. Rita Fernandes de Carvalho e
Inv. Luís Mesquita David (LNEC)
Assunto e objectivo:
A expansão urbana ocorre frequentemente a montante de núcleos antigos, que foram planeados de acordo
com as necessidades da época. Em vários casos, os sistemas de drenagem das novas urbanizações são ligados
à rede existente a jusante, provocando o seu subdimensionamento e inundações. Esta abordagem tradicional
não é sustentável, pelo que diversos países têm desenvolvido soluções que procuram aproximar, tanto quanto
possível e a custos controlados, o regime de drenagem urbano ao regime natural, nomeadamente através do
controlo do escoamento no local em que este é alterado, i.e., a montante e ao longo da bacia de drenagem.
Muitas destas soluções de controlo na origem pretendem igualmente a melhoria da qualidade da água. A
título de exemplo, referem-se: bacias de retenção, bacias e trincheiras de infiltração, tanques de
sedimentação, telhados verdes, faixas, drenos e poços filtrantes, pavimentos porosos e asfalto poroso, valas
revestidas com coberto vegetal. Em muitos casos, procura-se que os caudais drenados após a urbanização
não excedam os anteriormente gerados na bacia natural. A aplicação destas medidas é ainda incipiente em
Portugal.
Pretende-se estudar e avaliar o potencial benefício de algumas soluções de controlo na origem na reabilitação
ou expansão de sistemas de drenagem urbana, em particular as que promovem a infiltração.
• Revisão bibliográfica;
• Estudo de um caso real;
• Utilização de programa de cálculo automático e aplicação ao caso de estudo;
• Avaliação dos potenciais benefícios através da comparação de soluções;
• Modelação simplificada com séries históricas de precipitação (opcional).
•
•
•
•
•
•
•
•
Bäckström M., Malmqvist P. -A., Viklander M. (2002). Stormwater management in a catchbasin perspective
- best practices or sustainable strategies?. Wat. Sci. Tech., 46(6-7), 159-166.
Fischer D., Charles E. G., and Baehr A. L. (2003). Effects of stormwater infiltration on quality of
groundwater beneath retention and detention basins. Journal of Environmental Engineering, 129(5),
464-471.
Greater Vancouver Regional District (2005). Stormwater Source Control Design Guidelines. Greater
Vancouver Sewerage & Drainage District.
Marsalek J., Ashley R., Chocat B., Matos M.R., Rauch W., Schilling W. and Urbonas B. (2007). Urban
drainage at cross-roads: Four future scenarios ranging from business-as-usual to sustainability. Cities of the
Future Towards Integrated Sustainable Water and Landscape Management. Ed. V. Novotny and P. Brown.
IWA Publishing.
Pitt R., Clark S., Field R. (1999). Groundwater contamination potential from stormwater infiltration
practices. Urban Water, 1(3), 217-236.
U.S. Env. Protection Agency (2004). Stormwater Best Management Practice Design Guide.
U.S. Env. Prot. Agency (2004). The Use of Best Management Practices in Urban Watersheds.
Woods-Ballard B., Kellagher R., Martin P., Jefferies C., Bray R. and Shaffer P. (2007). The SUDS Manual,
CIRIA C697, London.
Página 15 de 41
Título: Modelação de Escoamentos Mistos em colectores pluviais
e Prof. João Pedroso de Lima
Assunto e objectivos: As condições operacionais dos sistemas de colectores de águas pluviais podem ser
drasticamente alteradas em consequência da ocorrência de chuvadas intensas. Estes sistemas são normalmente
dimensionados para operar em regime de escoamento com superfície livre mas, no decurso de eventos de grande
pluviosidade, podem criar-se condições para que a capacidade de transporte em regime de superfície livre seja
excedida com a consequente transição para um escoamento em pressão e a expulsão do ar do interior dos
colectores.
Ao nível dos modelos computacionais sempre que existam descontinuidades na solução na forma de ressaltos
hidráulicos ou frentes de onda, o escoamento deixa de ser gradualmente variável para se tornar rapidamente
variado. As equações de Saint-Venant devem ser escritas na forma conservativa e poderão utilizar-se dois tipos
de aproximações distintas na sua resolução:
•
Métodos de isolamento da frente de onda (shock-fitting methods), que consistem em isolar a
descontinuidade e tratá-la como uma condição de fronteira (condição de contorno interna). Para poder
aplicar estes métodos deve-se conhecer a priori a localização da descontinuidade.
•
Métodos directos ou de captura da frente de onda (Through methods ou shock-capturing methods), que
são capazes de localizar, simular e propagar as soluções descontinuas sem necessidade de qualquer
técnica especial.
O objectivo do presente trabalho consiste em efectuar uma comparação e validação da aplicabilidade das várias
metodologias e diferentes técnicas numéricas. A verificação dos modelos é realizada a partir de resultados
experimentais publicados na bibliografia da especialidade prevendo-se igualmente utilizar resultados
provenientes de uma nova instalação experimental a construir no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e
Ambiente do DEC.
-
Estudo e análise comparativa dos vários modelos matemáticos utilizados para a resolução numérica das
equações de Saint-Venant quando aplicados a problemas com frentes de onda abruptas.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MESES
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 16 de 41
Título: Caudais de cheia em pequenas bacias de drenagem
Assunto e objectivos: No dimensionamento de pequenas obras hidráulicas, particularmente em áreas
urbanas ou urbanizadas, ou em passagens hidráulicas através de vias de comunicação, são
frequentemente utilizadas diferentes expressões ou métodos de cálculo de caudais pluviais de cheia de
pequenas bacias de drenagem, que poderão conduzir a resultados com alguma margem de variação. O
estudo tem por principal objectivo o de efectuar um trabalho de síntese sobre o estado actual do
conhecimento neste domínio e propor, com base no enquadramento geral do problema, o procedimento
a adoptar, bem como uma aproximação possível para os parâmetros a considerar nas expressões.
Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil.
- Pesquisa bibliográfica alargada.
- Síntese do estado do conhecimento na área.
- Proposta de soluções.
Lencastre, A., Franco, F.M. (1992), 2ª Edição, Universidade Nova de Lisboa.
Calendarização (5 meses):
Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Trabalho de síntese bibliográfica e de
sistematização dos métodos existentes
3
Análise e proposta de soluções
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 17 de 41
Título: Contribuição para o estudo de bacias de retenção em sistemas de drenagem pluvial
urbana. Simulação do comportamento em regime variável.
Assunto e objectivos: As bacias de retenção são basicamente reservatórios de regularização por vezes
utilizados em sistemas de drenagem pluvial urbana que têm por principal finalidade reduzir os caudais
máximos pluviais afluentes aos colectores, aumentando o tempo de escoamento nos mesmos, durante e
após a precipitação. Para um determinado volume de armazenamento, pretende-se analisar a influência
da forma das bacias naturais ou artificiais e das condições de alimentação e de descarga, nos
hidrogramas de descarga e respectivos caudais máximos atingidos a jusante.
Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil.
- Síntese dos aspectos básicos relacionados com o dimensionamento de bacias de retenção.
- Análise dos principais modelos de cálculo existentes e de simulação em regime variável.
- Aplicação, estruturação e desenvolvimento dos resultados encontrados.
Almeida, A. B. (1985), “Fórmulas aproximadas para dimensionamento preliminar de bacias de
retenção de águas pluviais, Revista de Recursos Hídricos, APRH, Vol. 6, nº 1.
EPA (United States Environmental Protection Agency), (2008), “Storm Water Management Model
User´s Manual, Version 5.0”.
Calendarização (5 meses):
Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Síntese dos aspectos básicos de
dimensionamento e análise dos
principais modelos de cálculo existentes
3
Aplicação, análise e desenvolvimento
dos resultados encontrados, através de
simulação em regime variável.
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 18 de 41
Título/ Tema: Modelação hidrológica/hidráulica em ambiente de sistemas de informação geográfica com
interface para modelos de programas de cálculo automático– Aplicação a um caso real em meio urbano
Inv. Luís Mesquita David /
Inv. Nuno Charneca (LNEC)
Os sistemas de informação geográfica constituem uma ferramenta fundamental para a caracterização, o
planeamento e o apoio à decisão na gestão de bacias hidrográficas. Por outro lado, a expansão urbana leva a
uma constante modificação da área ocupada incluindo dos sistemas de drenagem superficiais e enterrados e
das ligações à rede existente. Neste contexto, importa estudar e sistematizar procedimentos que visem uma
maior e mais fácil utilização de SIG e das bases de dados associadas em estudos de hidrologia e drenagem,
nomeadamente através de comunicação com programas de modelação hidrológica e hidráulica.
Pretende-se aplicar as funções da ferramenta SIG para a caracterização da bacia hidrográfica de um caso
de estudo real em meio urbano, tendo em vista a modelação hidrológica e hidráulica com programas de
cálculo automático. Pretende-se ainda estabelecer procedimentos para a organização de bases de dados de
informação e resultados.
• Revisão bibliográfica;
• Correr exemplo de aprendizagem de programas;
• Introduzir dados geográficos de um caso de estudo em SIG, organizar e actualizar bases de dados;
• Utilização de funções do programa para gerar a bacia hidrográfica e caracteriza-la;
• Modelação simplificada com séries históricas de precipitação (opcional).
• Modelação hidrológica/hidráulica com programa de cálculo automático e aplicação ao caso de estudo;
• Análise de resultados e comparação de soluções;
Jacob, J. “Modelação hidrológica em ambiente de sistemas de informação geográfica com interface para
modelos HEC – Aplicação ao caso de estudo de Aljezur” Tese de Mestrado Integrado DEC, FCTUC (em curso
em 2009)
Freitas, B. “Simulação de sistemas de drenagem pluvial da área de Coimbra para eventos de precipitação com
elevados períodos de retorno” Tese de Mestrado Integrado DEC, FCTUC (em curso em 2009)
Página 19 de 41
5. ESTRUTURAS HIDRÁULICAS
Título/ Tema: Dispositivos de dissipação de energia em hidráulica pluvial
Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Doutor Eng. Manuel Lorena (COBA)
Os sistemas de drenagem de águas pluviais são dimensionados para períodos de retorno de 5, 10 e, por vezes, 20
anos. As precipitações associadas a períodos de retorno superiores tendem a causar inundações e prejuízos quer
em vias de comunicação quer em zonas urbanas. Em particular, em zonas de declive acentuado, ao escoamento
de águas pode estar associado uma energia significativa e, consequentemente, capaz de originar efeitos de erosão
significativos. Pretende-se efectuar estudos em modelos físicos de dispositivos de dissipação de energia para
sistemas de drenagem rodoviária (1 ou 2 tipos), caracterizar o escoamento, avaliar a dissipação de energia e
estabelecer critérios de dimensionamento para o projecto de um dispositivo de dissipação de energia. O objectivo
final é estabelecer recomendações para o dimensionamento de dispositivos de dissipação de energia em sistemas
de drenagem.
1 - Estudo de teses sobre dispositivos de dissipação de energia em canal com rugosidades de travessas (Paulo
Mendes – DEC, FCTUC 2008 e Gil Castro – DEC, FCTUC 2009);
2- Escolha de dispositivos (já pré-definidos), de parâmetros característicos (declive e área do canal, altura,
espessura e afastamento dos acessórios, etc) e de parâmetros a medir;
3- Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição;
4- Caracterização do escoamento ao longo do dispositivo, a partir do conjuto de dados experimentais, avaliação
da energia específica no fim do dispositivo e conclusões
5- Utilização de modelo computacional free-ware (opcional) e/ou comparação com modelos numéricos
(opcional)
Bibliografia:
Chanson, H., ”The hydraulics of stepped chutes and spillways”, Balkema, 2002.
USACE – Corps of Engineers “Hydraulic Design of Spillways”, EM 1110-2-1603, 16, January, 1990.
Mendes, P. “Dissipação de energia em hidráulica pluvial – Estudo de descarregadores com travessas” Tese de
Mestrado Integrado DEC, FCTUC (2008)
Castro, G. “Dispositivos de dissipação de energia em hidráulica pluvial” Tese de Mestrado Integrado DEC,
FCTUC (2009)
Calendarização:
Fase
Acção
Adaptação e construção da instalação
2 experimental
3 Testes e selecção de locais de medição
4 Medições e tratamento de dados
1
2
3
4
5
Página 20 de 41
Título: Análise do fenómeno de ruptura de barragens em aterro com vista à hierarquização do perigo
associado ao conjunto barragem e albufeira.
Orientação científica: Prof. Mário J. Franca
e Prof. A. Betâmio de Almeida (Instituto Superior Técnico)
Assunto e objectivos: Não obstante a baixa probabilidade de ocorrência, as consequências catastróficas
resultantes de uma cheia resultante da ruptura de uma barragem obrigam os organismos responsáveis pela
segurança e protecção civil e a comunidade técnico-científica a debruçarem-se sobre a fenomenologia deste tipo
de acidentes de forma a estudar e planear soluções de prevenção e mitigação dos seus efeitos. Métodos
sistemáticos e expeditos de avaliação do nível de perigo associado a barragens são úteis na análise de risco. Uma
rápida mas fundamentada estimativa do risco permitirá a correcta hierarquização das intervenções em estruturas
existentes. Pretende-se abordar uma metodologia simplificada para estimar o caudal máximo recorrente da
ruptura de uma barragem em aterro com base em parâmetros facilmente estimáveis no terreno. Será ainda
abordado o conceito de classificação da perigosidade de albufeiras tendo em conta a sensibilidade do caudal
máximo, resultante de uma ruptura, às taxas de erosão e de descida do nível da albufeira.
-
Análise do fenómeno da ruptura de barragens e dos métodos de estimativa do caudal máximo.
Análise de variáveis intervenientes no processo de ruptura de barragens por galgamento.
Revisão e eventual actualização da metodologia de cálculo do caudal sólido do modelo RoDaB.
Simulações numéricas sistemáticas utilizando um modelo computacional de brechas (RoDaB).
Síntese da informação relacionada com um parâmetro geomorfológico de classificação de albufeiras.
Almeida, A.B.; Matias Ramos, C.; Santos, M.A.; Viseu, T. Dam Break Flood Risk Management in Portugal.
Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 2003.
Franca, M.J.; Braunschweig, F.; Almeida A.B. – “RODAB: um novo modelo de ruptura de barragens baseado
em resultados experimentais”, 7° Congresso da Agua, Lisboa, Março 2004.
RSB - Regulamento de Segurança de Barragens, Decreto-Lei nº. 11/90 de 6 de Janeiro.
Walder, J.S.; O’Connor, J.E. – “Methods for predicting peak discharges of floods caused by failure of natural
and constructed dams”. Water Resources Research 33(10) 1997, pp. 2337-2348.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
5
2º
MÊS
3º
4º
5º
6º
Análise de bibliografia e casos de estudo
Análise das variáveis intervenientes no processo
de ruptura; familiarização com o modelo RoDaB
Execução de simulações numéricas sistemáticas
Sintese dos resultados
Redacção final da tese
Página 21 de 41
Título: Reconstituição da ruptura da barragem das minas da Fonte Santa (Freixo Espada à Cinta):
análise da formação da brecha e da propagação da onda de cheia no vale a jusante.
e Prof. Rui M.L. Ferreira (Instituto Superior Técnico)
Assunto e objectivos: No dia 28 de Novembro de 2006 a combinação de um episódio de precipitação
extraordinária com a obstrução parcial da descarga de cheia da barragem de retenção de lamas das minas da
Fonte Santa (Freixo de Espada à Cinta, distrito de Bragança) originaram o galgamento do corpo da barragem e a
sua consequente ruptura total. A barragem, constituída por um aterro informal, tinha cerca de 25 m de altura e
um coroamento com cerca de 100 m comprimento e 10 m de largura. As lamas retidas na albufeira são um
subproduto resultante da extracção e lavagem de Volfrâmio nas minas da Fonte Santa. O corpo da barragem foi
praticamente todo erodido (cerca de 4500 m3), tendo restado uma pequena parte do aterro na zona do encontro
direito da barragem. Parte das lamas acumuladas imediatamente a montante da barragem foram igualmente
erodidas e transportadas para jusante (cerca de 1600 m3). Os impactos morfológicos no vale a jusante da
barragem foram notórios, nomeadamente nos 5 km imediatamente a jusante da secção onde se situa a barragem.
Após a ocorrência da ruptura da barragem foi executado um levantamento pormenorizado do acidente,
nomeadamente: brecha da barragem; lamas libertadas do fundo da albufeira; modificações morfológicas no leito
e margens (erosão e deposição); níveis máximos de cheia; impactos em estruturas e no meio ambiente
envolvente. Pretende-se com este trabalho a reconstituição do acidente e a simulação da cheia resultante da
ruptura da barragem através da modelação computacional. Para tal serão utilizados os dados recolhidos no
terreno aquando do levantamento pormenorizado e modelos numéricos de brecha e de propagação de uma onda
de cheia num vale.
Enquadramento: Colaboração com Eng. Sílvia Amaral do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas
Hidráulicas do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC).
-
Estudo do fenómeno da ruptura de barragens.
Estruturação e análise da informação de terreno sobre o acidente (eventual visita ao vale).
Calibração e validação dos modelos numéricos de brecha e propagação da onda de cheia com as
observações.
Síntese da informação e relatório final.
Franca M.J., Gézero L., Ferreira R.M.L., Amaral S. e Montenegro H.D.B., The failure of the Fonte Santa mine
tailing dam (Northeast Portugal), 5th RCEM 2007, Enschede, Setembro 2007.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
5
2º
MÊS
3º
4º
5º
6º
Estudo do fenómeno da ruptura de barragens
Estruturação e análise da informação de terreno
sobre o acidente
Familiarização com os modelos numéricos
Calibração e validação dos modelos numéricos
Sintese dos resultados e redacção final da tese
Página 22 de 41
6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL
Título/ Tema: Ensaio de 2 batedores nas extremidades do canal do LHRHA
Prof. Francisco Sancho e
Portugal tem uma costa de 800 km de comprimento. A orla costeira é alvo de constantes alterações naturais e de
intervenção humana. A acção erosiva do mar sobre estruturas hidráulicas costeiras é uma preocupação actual que
necessita de acompanhamento científico dado ser um domínio complexo que o homem não domina. Pretende-se
contribuir com o estudo de batedores recentemente instalados e ensaiados no LHRHA para que estes sirvam para
estudos concretos de acções de ondas sobre estruturas hidráulicas. Ensaiar-se-ão várias condições de agitação,
correspondendo a ondas monocromáticas e agitação irregular, com diferentes frequências de pico, tipos de
espectro e condições de energia (alturas de onda). Pretende-se ainda estudar a performance dos batedores de
ondas no respeitante à absorção de ondas reflectidas dentro do canal.
• Estudo do canal existente no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente e do sistema
AWACS
• Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição;
• Medição e estabelecimento de metodologias.
• Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos
Manuais dos equipamentos de medição e do sistema AWACS
Tese de mestrado integrada de Fernando Santos (em curso)
DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists; 1991.
Coastal Engineering Manual – USACE
http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=ResearchAreas;7
Calendarização:
Fase
Acção
2 experimental
3 Geração de ondas e testes
4 Medições e tratamento de dados
1
2
3
4
5
Página 23 de 41
Título/ Tema: Ensaio da hidrodinâmica de onda + corrente no canal do LHRHA
Prof. Francisco Sancho e
intervenção humana. Em diversas situações ambientais, as ondas marítimas sobrepõem-se a correntes de maré ou
outras, por exemplo, como acontece em embocaduras de estuários. O efeito combinado desta acção é deveras
importante no respeitante ao transporte de sedimentos, que por sua vez determina o estado erosivo de praias
estuarinas e costeiras. Pretende-se ensaiar a interacção de ondas com correntes colineares, quer no mesmo
sentido quer no sentido oposto ao da propagação das ondas. Ensaiar-se-ão várias condições de combinação de
onda e corrente, correspondendo a ondas monocromáticas e agitação irregular, com diferentes frequências de
pico, tipos de espectro e condições de energia (alturas de onda).
• Estudo do canal existente no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente e do sistema
AWACS
• Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição;
• Medição e estabelecimento de metodologias.
• Comparação com resultados teóricos e experimentais disponíveis na bibliografia.
• Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos.
Manuais dos equipamentos de medição e do sistema AWACS
Tese de mestrado integrada de Fernando Santos (em curso)
DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists; 1991.
Coastal Engineering Manual – USACE
http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=ResearchAreas;7
Calendarização:
Fase
Acção
2 Estudo da instalação experimental
3 Geração e absorção de ondas e correntes
4 Selecção de locais de medição e medição
1
2
3
4
5
6
Página 24 de 41
7. HIDRÁULICA FLUVIAL E COSTEIRA
Título: Contribuição para a modelação de escoamentos variáveis em canais naturais
Orientação científica: Prof. José Simão Antunes do Carmo
Assunto e objectivos: A reprodução dos fenómenos associados à propagação de escoamentos com superfície
livre, em canais de geometria irregular, é frequentemente realizada recorrendo a modelos matemáticos
unidimensionais simples, baseados em equações do tipo Saint-Venant, admitindo várias hipóteses
simplificativas.
Para além das hipóteses básicas do modelo matemático, são ainda frequentemente consideradas simplificações
adicionais para a obtenção de soluções numéricas daquelas equações em condições reais.
Não raramente, modelos baseados em equações do tipo Saint-Venant são aplicados em condições que desafiam
os limites de validade do modelo matemático; tal acontece porque essas são, efectivamente, as condições reais
existentes e para as quais se procuram soluções.
Deste modo, é matéria de investigação a procura de métodos numéricos suficientemente poderosos para
permitirem a utilização daquele modelo matemático em condições mais realistas; é o caso da aplicação de
métodos ditos de alta resolução como complemento ou refinamento de métodos de resolução numérica
tradicionais.
No âmbito de dissertações de mestrado desenvolvidas no DEC, foi o modelo unidimensional (1DH) baseado nas
equações de Saint-Venant resolvido recorrendo a esquemas numéricos de diferenças finitas de segunda ordem,
baseados em limitadores de fluxo.
Todavia, como ficou claro, importa dar continuidade aos estudos então efectuados: i) incorporando no modelo
numérico as secções reais definidas através de levantamentos topográficos e, ii) analisando os resultados obtidos
em cursos de água naturais recorrendo a tecnologias de Sistemas de Informação Geográfica e de Modelos
Digitais do Terreno.
A proposta de tema que se sugere “Contribuição para a modelação de escoamentos variáveis em canais naturais”
pretende assim dar continuidade a estudos anteriores de desenvolvimento de um modelo matemático e numérico
com potencialidades para reproduzir com maior rigor os fenómenos físicos em cursos de água naturais e tirar
partido das mais recentes tecnologias de apresentação e visualização de resultados.
Página 25 de 41
Título: Estudo do impacto da ocorrência de transporte sólido na estrutura turbulenta do escoamento em
rios com leito de gravilha: análise do campo de velocidades instantânea.
Assunto e objectivos: Rios com leito de gravilha constituem valiosos habitats para a vida selvagem em parte
devido à diversidade hidrodinâmica oferecida pela geometria do seu leito. A ocorrência de transporte de
sedimentos em rios deste tipo pode no entanto modificar a sua composição estrutural (devido à deposição e
consequente colmatação de vazios) assim como a estrutura do escoamento turbulento. O aporte excessivo de
sedimentos a áreas ecologicamente sensíveis de rios com leito de gravilha deve-se em grande parte à erosão de
encostas (devido essencialmente a más práticas de gestão do solo) e à deflorestação causada por incêndios.
Pretende-se com este estudo avaliar a influência da existência de uma camada de transporte de sedimentos junto
ao leito na estrutura turbulenta do escoamento e a sua influência nos habitats existentes. Pretende-se com este
trabalho complementar o trabalho de análise desenvolvido por Joana Lencastre de Campos Carvalho, no âmbito
da sua tese de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente (DEC-FCTUC) onde foram analisadas a
distribuição da velocidade longitudinal média e da intensidade turbulenta longitudinal do escoamento. Pretendese desta vez que se desenvolva a análise dos campos de velocidade instantâneos a montante e em torno da
protuberância de fundo analisada posteriormente. O estudo será feito com base em medições de velocidade
realizadas em laboratório onde um escoamento sobre um leito de calhau rolado com baixa submergência foi
simulado sobre um canal que permite a alimentação de caudal sólido. O trabalho experimental foi realizado
recorrendo a instrumentação Doppler (Ultrasound Velocity Meters – UVP). Os dados foram obtidos no canal de
inclinação variável do Instituto Superior Técnico (CEHIDRO).
Enquadramento: Colaboração com a equipa de Hidráulica Fluvial do Instituto Superior Técnico na pessoa do
Professor Rui M.L. Ferreira. Possibilidade de integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/65442/2006
(Caracterização de habitats fluviais: hidrodinâmica e transporte sólido).
-
Compilação de conhecimentos existentes e estudo dos fenómenos turbulentos em escoamentos fluviais.
Compreensão da técnica de medição UVP.
Análise e tratamento de dados.
Síntese dos dados e redacção da tese final.
Elementos a consultar:
Bedload Research International Cooperative: http://www.bedloadresearch.org/
Lacey R.J. e Roy A.G. (2006). A hydrodynamic investigation of instream pebble clusters in gravel-bed rivers
with implications for fish habitat. Eos Trans., AGU Joint Ass. Suppl., May 23-26, Baltimore (Md).
Nezu I. and Nakagawa H. (1993), Turbulence in open-channel flows, A.A. Balkema, Roterdão.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MÊS
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Compilação e análise de bibliografia
Técnicas de medição PIV
Análise e tratamento de dados
Sintese dos resultados e redacção final da tese
Página 26 de 41
Título: Estudo de oscilações de grande escala existentes no seio de escoamentos em rios de leito de
gravilha com baixa submergência.
Assunto e objectivos: Dado o seu valor ecológico, estético e social, tem-se assistido a uma crescente
preocupação para preservar e recuperar os rios. A actual Directiva-Quadro da Água impõe como objectivo a
melhoria da qualidade das águas superficias até Dezembro de 2010. Trabalhos de reabilitação de rios com vista à
melhoria dos sistemas aquáticos são portanto um instrumento para se atingirem estes objectivos e constituem já
uma necessidade no mercado da construção. Uma eficaz reabilitação requer o conhecimento adequado dos
processos hidrodinâmicos e geomorfológicos fluviais e a sua adequação à recuperação e implementação de
habitats fluviais. O estudo de fenómenos turbulentos no seio do escoamento e da interacção entre os contínuos
sólido e líquido é essencial para uma boa implantação das técnicas de reabilitação fluvial. Um fenómeno
observado em escoamentos em rios de leito de gravilha com baixa submergência é o da ocorrência de oscilações
de velocidade de grande escala espacial (da ordem de grandeza da altura do escoamento). A ocorrência destas
oscilações tem implicações em processos de mistura e de transporte de sedimentos que condicionam a geometria
do leito. Com o presente estudo pretende-se estudar experimentalmente um escoamento sobre um leito de calhau
rolado com baixa submergência para, através de medições tridimensionais de velocidade (com recurso a
instrumentação Doppler), se identificarem e caracterizarem estas oscilações de velocidade e a sua estrutura
turbulenta.
Enquadramento: Colaboração com a equipa de Hidráulica Fluvial do Instituto Superior Técnico na pessoa do
Professor Rui Ferreira. Possibilidade de integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/65442/2006
(Caracterização de habitats fluviais: hidrodinâmica e transporte sólido).
-
-
Compilação de conhecimentos existentes e estudo dos fenómenos turbulentos em escoamentos fluviais.
Opcionalmente utilização de dados existentes provenientes de um rio natural e medidos com recurso ao
Acoustic Doppler Velocity Meter (3D) ou execução sistemática de ensaios experimentais para obtenção
de dados.
Análise e tratamento de dados experimentais.
Elementos a consultar:
Buffin-Bélanger T., Roy A.G. and Kirkbride A.D. (2000), On large-scale flow structures in a gravel-bed river,
Geomorphology, 32, 417-435.
ECRR – European Centre for River Restoration. http://www.ecrr.org
Franca M. J. (2005), A field study of turbulent flows in shallow gravel-bed rivers, tese de doutoramento nº 3393,
École Polytechnique Fédérale de Lausanne.
Nezu I. e Nakagawa H. (1993), Turbulence in open-channel flows, A.A. Balkema, Roterdão.
Yalin M.S. (1992), River Mechanics, Pergamon Press Ltd., Exeter (UK).
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
MÊS
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Compilação e análise de bibliografia
Preparação/Compreensão do trabalho laboratorial
Execução do trabalho experimental (opcional)
Síntese dos resultados e redacção final da tese
Página 27 de 41
Título/ Tema: Dissipação da energia da onda em fundos diversos
Prof. Francisco Sancho (diversos fundos ) /
Prof. Mário Franca (fundos com vegetação)
intervenção humana. Por outro lado, também as margens de rios e de albufeiras são também objecto de acção
erosiva de ondas geradas quer pelo vento, quer por barcos e motas de água. A acção erosiva sobre margens é um
assunto que constitui uma preocupação crescente aos orgãos responsáveis pela manutenção dos sistemas de
zonas ribeirinhas.
Neste contexto, é fundamental o estudo da dissipação de energia da onda quando esta se propaga e atinge
margens com diversos revestimentos incluindo vegetação. Procurar-se-á avaliar principalmente o efeito do
revestimento sobre a onda (aspecto energético / dissipação de energia), mas também, quando se trata de
vegetação ou outro organismo, o efeito da onda incidente sobre o organismo (aspecto dinâmico).
O trabalho será realizado com base em ensaios experimentais realizados no canal de ondas do LHRHA e terá
uma componente numérica opcional.
• Estudo da hidrodinâmica da onda, onda +corrente.
• Adaptação e construção de uma instalação experimental simples.
• Observação e Medição de grandezas (principalmente velocidades em diversos locais)
• Introdução/exportação de dados para um programa de cálculo automático.
• Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos
Fase
Acção
2 experimental
3 Geração de ondas
4 Selecção de locais de medição e medição
1
2
3
4
5
Bibliografia:
DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists.
Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific Publishing Company, 1991.
Página 28 de 41
8. HIDROLOGIA
Título: Influência da forma das encostas no transporte de sedimentos e agro-químicos pelo escoamento
superficial
Assunto e objectivos: O escoamento superficial em zonas urbanas e rurais contribui significativamente para o
problema da qualidade da água em muitas bacias hidrográficas. É importante conhecer a dinâmica do transporte
destas substâncias no escoamento superficial. Esses transportes afectam a qualidade das águas a jusante,
podendo constituir uma fonte de poluição e afectar os ecossistemas.
Execução de trabalhos de laboratório e de campo utilizando um simulador de chuva em várias
superfícies (e.g. terra batida, superfície relvada). O transporte de sedimentos e de poluentes será
comparado para diversas situações.
Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório e de campo servirão para confirmar
os resultados numéricos.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
Meses
3º
4º
5º
6º
Página 29 de 41
Título: Caracterização da precipitação – Estudos experimentais com udógrafos
Assunto e objectivos:
A precipitação é o processo hidrológico que está a montante de outras componentes do ciclo hidrológico como o
escoamento, intercepção etc. Uma caracterização correcta da precipitação é essencial para se poder modelar o
processo de precipitação-escoamento, afectando assim uma grande número de estudos e projectos de engenharia
(e.g. sistemas de drenagem, sistemas de rega, construção de barragens, etc.).
O objectivo é comparar equipamentos de medição da precipitação (udómetros, udógrafos de reservatórios
basculantes, udógrafos sonoros, udógrafos laser) para várias condições de funcionamento (com vento, sem
vento).
Execução de trabalhos de laboratório (chuva simulada) e de campo (chuva real) utilizando os vários
tipos de udógrafos existentes no Laboratório de HRHA.
Análise dos resultados dos trabalhos de laboratório e de campo relativos a intensidades de precipitação,
velocidade das gotas, tamanho das gotas, etc.
Calendarização:
FASE
Meses
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 30 de 41
Título: Perda de solo por escoamento superficial em solos protegidos por faixas relvadas
Assunto e objectivos: A erosão hídrica dos solos leva ao declínio da sua produtividade em zonas agrícolas e
florestais. Devido ao seu baixo custo, as faixas estreitas relvadas são populares em muitos países no controlo da
erosão hídrica. Serão usadas faixas relvadas, em canais de terra laboratoriais, para avaliar o seu comportamento
como barreira contra o escoamento superficial e a erosão. Os resultados serão comparados com o controle (solo
nu). Pretende-se conhecer a redução do escoamento superficial e da perda de solo para várias larguras de faixas
estreitas relvadas.
Execução de trabalhos de laboratório utilizando um simulador de chuva e canais de terra. O transporte
de sedimentos será comparado para diversas situações.
Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório servirão para confirmar os resultados
numéricos.
Lima, J. L. M. P. de, 2006. Influência da variabilidade da precipitação na estimativa de caudais pluviais – Efeito
da acção conjunta do vento e da chuva. 12 Encontro Nacional de Saneamento Básico (XII ENASB), Cascais, 24
a 27 de Outubro de 2006, 10 p.
Calendarização:
FASE
Meses
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 31 de 41
Título: Análise de precipitações intensas ao longo da linha ferroviária de alta velocidade em Portugal
Prof. Isabel P. de Lima
Assunto e objectivos: Na análise do risco hidrológico é necessário quantificar precipitações extremas. O
objectivo deste trabalho é o estudo de séries temporais de precipitação com vista à determinação de curvas de
intensidade-duração-frequência e outras análises de extremos.
Enquadramento: A instalação da rede ferroviária de alta velocidade em Portugal foi definida como uma opção
estratégica do país, o que permitirá efectuar a sua ligação a uma vasta rede europeia. Esta opção, durante um
largo período de tempo, mobilizará avultados investimentos económicos e envolverá um número significativo de
meios humanos, constituindo-se como o grande investimento nas próximas décadas. As exigências que as vias
de alta velocidade impõem, obrigam a estudar o risco hidrológico. Este estudo enquadra-se em tarefa a
desenvolver no âmbito do MIT-Portugal Program na área do Generalized Global Risk Assessment of the HSR
System.
Sumariamente, o trabalho a desenvolver no âmbito deste estudo inclui:
- Preparação de bases de dados;
- Análise estatística de séries temporais relevantes.
Brandão, C., R. Rodrigues e J. P. da Costa (2001) ANÁLISE DE FENÓMENOS EXTREMOS PRECIPITAÇÕES INTENSAS EM PORTUGAL CONTINENTAL. Direcção dos Serviços de Recursos
Hídricos, Instituto da Água, Lisboa.
Calendarização:
FASE
meses
ACÇÃO
1º
1
Revisão bibliográfica
2
Preparação de base de dados
3
Análise estatística dos dados
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 32 de 41
Título: Análise de tendência da precipitação diária em Portugal
Prof. Isabel P. de Lima
Assunto e objectivos: A presença de tendência em séries de precipitação resulta essencialmente da variabilidade
natural presente nos processos hidrológicos ou está directamente relacionada com a existência de alterações
climáticas. Neste trabalho pretende-se fazer o estudo de tendência da precipitação em Portugal, baseado em
séries diárias, investigando-se a variabilidade espacial dos resultados obtidos.
Enquadramento: A caracterização da variabilidade temporal e espacial da precipitação em Portugal reveste-se
da maior importância para a realização de estudos hidrológicos, gestão de recursos naturais, dimensionamento de
estruturas hidráulicas, etc. Este trabalho enquadra-se em tarefa no âmbito do projecto POCI/GEO/59712/2004 da
Fundação para a Ciência e a Tecnologia.
Sumariamente, o trabalho a desenvolver no âmbito deste estudo inclui:
- Preparação de bases de dados;
- Determinação de vários índices climáticos e pluviométricos, nomeadamente os associados a precipitações
intensas e a situações de seca;
- Análise de tendência de séries temporais relevantes e da variabilidade espacial exibida pela precipitação.
de Lima, M.I.P., A.C. Marques e J.L.M.P. de Lima, 2005. Análise de tendência da precipitação anual e mensal
no período 1900-2000, em Portugal Continental. Territorium, Revista da Associação Portuguesa de
Riscos, Prevenção e Segurança, Edições MinervaCoimbra / Riscos, 12, 11-18.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
meses
1º
1
Revisão bibliográfica
2
Preparação de base de dados
3
Análises de tendência
4
Preparação de cartografia relevante
5
2º
3º
4º
5º
6º
Página 33 de 41
Título: Modelação hidrológica da bacia dos Covões, em Coimbra
Doutor João Pedro Carvalho Nunes (IMAR)
e Prof. João Pedroso de Lima
Assunto e objectivos:
Aplicação do modelo de hidrologia e erosão MEFIDIS (modelo distribuído) à bacia dos Covões.
Ver: http://air.dcea.fct.unl.pt/mefidis/
Enquadramento: Projecto de Investigação em curso da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (URBHI –
MONITORING THE IMPACTS OF URBANIZATION ON HYDROLOGICAL EXTREMES IN A
SMALL FORESTED CATCHMENT).
Execução de trabalhos de campo (e.g. simulações de chuva em talhões);
Modelação com o MEFIDIS.
Nunes, J.P., Vieira, G., Seixas, J., Gonçalves, P., & Carvalhais, N.; 2005. Evaluating the MEFIDIS model for runoff and soil
erosion prediction during rainfall events. CATENA 61 (2-3): 210-228.
Calendarização:
FASE
Meses
ACÇÃO
1º
1
Recolha de dados e estudo do programa
MEFIDIS
2
Trabalho de campo
3
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 34 de 41
Título: MODELO 2D DE GERAÇÃO DE PRECIPITAÇÃO EM ALTURA DE ESCOAMENTO
Prof. Jorge Leandro
e
Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano.
Nomeadamente interessa saber que parte da precipitação numa dada malha urbana (ou mista), sujeita a
determinadas condições iniciais, se transforma em escoamento superficial. O mestrando irá começar por rever a
literatura existente dos diferentes modelos de infiltração (MI) e a sua aplicação em modelos de escoamento
bidimensional 2D. De seguida irá criar uma ferramenta de geração de layers com base num caso real (hipotético)
dos parâmetros necessários para os MIs. Após que desenvolverá (linguagem de programação: Fortran) um
modelo 2D capaz de gerar a altura de escoamento em função de uma dada precipitação. Por último o mestrando
discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões.
Trabalhos desenvolvidos:
- Revisão e análise crítica dos diferentes modelos de infiltração (MI) e sua aplicação;
- Ferramenta de geração de layers para os parâmetros dos MIs;
- Desenvolvimento e aplicação do modelo 2D desenvolvido num caso real (hipotético);
- Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.
Instituições envolvidas: DEC-FCTUC.
Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Applied Hydrology (Chow).
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Ferramenta da geração de layers.
3
Desenvolvimento e aplicação do modelo 2D.
4
2º
MESES
3º
4º
5º
Página 35 de 41
Título: INCERTEZA ASSOCIADA ‘A DETERMINAÇÃO DA PRECIPITAÇÃO MÁXIMA PELA
INEXISTÊNCIA OU FALHAS DE POSTOS UDOMÉTRICOS
Prof. Jorge Leandro
e
Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Nesta
dissertação interessa saber qual a incerteza associada á inexistência de postos udométricos ou de falhas nos
registos. O mestrando irá começar por rever a literatura existente sobre ajuste de diferentes leis de distribuição.
De seguida procederá à recolha de dados sobre a precipitação máxima nos postos próximos de uma bacia
hidrográfica real (caso hipotético), após o que determinará a incerteza da precipitação associada a várias
durações e períodos de retorno. Por último o mestrando discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões.
Trabalhos desenvolvidos:
- Revisão e análise crítica de diferentes leis de distribuição.
- Recolha de dados sobre precipitação de vários postos próximos da bacia hidrográfica escolhida.
- Determinação da incerteza da precipitação em função do período de retorno e duração.
- Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.
Instituições envolvidas: DEC-FCTUC.
Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Applied Hydrology (Chow).
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Recolha de dados.
3
Determinação
precipitação.
4
da
incerteza
associada
2º
MESES
3º
4º
5º
à
Página 36 de 41
9. QUALIDADE DE ÁGUA
Título: Modelação da Qualidade em Sistemas de Abastecimento de Água.
Assunto e objectivos: É fundamental garantir a adequada concepção e funcionalidade dos sistemas de
distribuição e utilização de água, de forma a viabilizar a sua exploração segura e eficaz, sob o risco de ser
colocada em causa a eficiência dos diferentes usos públicos ou privados da água, com consequências nefastas
para a saúde pública, qualidade de vida e segurança das comunidades.
As entidades gestoras de água e projectistas são confrontados com uma exigência crescente em termos de
quantidade e qualidade da água fornecida, não só por parte dos consumidores mas também pela legislação em
vigor. Se por um lado é necessário desinfectar a água para eliminar os microrganismos patogénicos, por outro é
necessário controlar a formação de sub-produtos resultantes dessa desinfecção. Para auxiliar as entidades
gestoras a satisfazer as exigências que lhes são impostas surgiu no mercado algum software que permite simular
o comportamento hidráulico e o comportamento da qualidade da água em sistemas de distribuição.
Com este trabalho pretende-se implementar algoritmos que permitam efectuar a análise do comportamento da
qualidade da água em sistemas de distribuição. Deverá ser efectuado um estudo comparativo entre os métodos
Eulerianos e Lagrangeanos em termos de exactidão, n.º de segmentos gerados, tempo de execução e memória
utilizada. Será ainda analisada a influência dos materiais na qualidade da água distribuída. Será analisada uma
zona do sistema de abastecimento de água de Coimbra, recorrendo à caracterização laboratorial.
euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Perfil de Hidráulica).
Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais , pressões e de
concentrações de cloro).
envolvidos.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
3
4
2º
3º
4º
5º
Página 37 de 41
10. RECURSOS HÍDRICOS
Título: Modelos de Apoio à Decisão para o Cumprimento da Directiva Quadro da Água:
Caso dos Sistemas de Drenagem e Tratamento de Águas Residuais a Nível Regional
Prof. M. Conceição Cunha
Assunto e objectivos: Implementar um modelo de apoio à decisão que permite determinar a localização e as
dimensões óptimas do conjunto de estações de tratamento e da rede de colectores a instalar (a custo mínimo)
para resolver o problema de drenagem e tratamento de águas residuais a nível regional, tendo em consideração o
futuro cumprimento da DQA, e que tira partido das mais recentes evoluções havidas quer ao nível algorítmico,
quer ao nível das capacidades computacionais.
Enquadramento: A União Europeia criou diversos grupos de trabalho que produziram documentos para a
definição de uma estratégia comum para a implementação da DQA, nomeadamente o documento “Best practices
in river basin planning - Guidance on the planning process” (WP2, 2003) . Neste documento é referida a
importância dos modelos de apoio à decisão neste contexto.
Recolher informação sobre modelos de optimização para a resolução do problema descrito.
Implementação de um programa de optimização para a resolução do problema descrito.
CUNHA, M.C., PINHEIRO, L., AFONSO, P., SOUSA, J., “Decision-aid models for the implementation of the
water framework directive”, Proceedings of the 4th International Conference in Decision Making in
Urban and Civil Engineering, DMUCE, CD Edition, 10 p., Porto, October, 2004.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Análise dos
existentes
3
Implementação do programa de optimização
4
modelos
de
2º
3º
4º
5º
6º
optimização
Título: Gestão Integrada de Sistemas Aquíferos
Página 38 de 41
Assunto e objectivos: Definir qual a localização e a dimensão de captações para satisfazer procuras para
diferentes actividades tendo em consideração aspectos físicos, económicos, ambientais e legais.
Enquadramento: Protocolo Universidade do Algarve/IMAR/Águas do Algarve
Realização de um estado da arte sobre modelos de apoio à decisão para a gestão integrada de sistemas
aquíferos.
Implementação de um programa de optimização para determinar a localização e a dimensão de
captações para satisfazer procuras para diferentes actividades tendo em consideração aspectos físicos,
económicos, ambientais e legais.
Gupta, R.S., Hydrology & Hydraulic Systems, Prentice-Hall, 1989
Cunha, M.C. "Optimization techniques for groundwater and water distribution systems", Water
International (Journal of the International Water Resources Association) , 25(3), pp. 394-402, 2000.
04.
Cunha, M.C., “Water systems planning: the optimization perspective”, Engineering Optimization,
35(3), pp.255-266, 2003.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Avaliação dos métodos de optimização
disponíveis
3
Implementação do modelo de optimização
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 39 de 41
Título: Metodologias para a operação de infraestruturas em situação de risco
Assunto e objectivos: As infraestruturas estão expostas a uma grande variedade de situações de risco natural
(intempéries, sismos, ventos, cheias, secas, deslizamento de terras, actividade vulcânicas) e também a acidentes
provocados por inesperadas falhas tecnológicas ou actos terroristas. Assim, é necessário dispor de metodologias
que permitam aos decisores definir as acções para tornar as infraestrutureas mais seguras, resilientes e robustas.
Existem vários aspectos a serem ponderados na definição das metodologias apropriadas, pelo que se justifica a
elaboração de um estado da arte sobre metodologias para a operação de infraestruturas em situação de risco..
Enquadramento: Tarefa no âmbito do MIT-Portugal Program na área do Generalized Global Risk Assessment
of the HSR System e do projecto Integrated risk management of public urban infrastructures
(PTDC/ECM/64821/2006)
Recolha bibliográfica sobre metodologias para operação de infraestruturas em situação de risco.
Análise e comparação das metodologias para operação de infraestruturas em situação de risco.
Elaboração de um trabalho de síntese sobre metodologias para a operação de infraestruturas em situação
de risco
Chang, S.E., “Evaluating disaster mitigations: methodology for urban infrastructure systems”, Natutral Hazards
Review, 4(1), pp. 186-196, 2003.
Ezell, B.C., Farr, J.V., Wiese, I., “Infrastructure Risk Analysis Model”, Journal of Infrastructures Systems”,
6(3), pp. 114-117, 2000
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Análise e comparação das metodologias
3
Trabalho de síntese das metodologias
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 40 de 41
Título: Modelos de Apoio à Decisão para a definição sistemas agrícolas sustentáveis
Doutora Teresa Leitão (Laboratório Nacional de Engenharia Civil)
Assunto e objectivos: Implementação de um modelo de optimização para a definição das melhores práticas
agrícolas e das culturas mais sustentáveis, que possam contribuir para diminuir o risco de degradação da
qualidade das águas subterrâneas.
Enquadramento: Projecto de investigação financiado pela FCT: Metodologias para um Melhor Planeamento e
Gestão do Uso do Solo Agrícola Atendendo à Vulnerabilidade dos Aquíferos à Poluição Difusa.
(POCTI/AGR/57719/2004).
Recolher informação para integrar o conhecimento dos diferentes processos que interferem na migração
dos poluentes de origem agrícola (fertilização de solos), para diferentes meios (solos, zona vadosa e
águas subterrâneas).
Implementação de um programa de optimização para a resolução do problema descrito.
CUNHA, M.C., “Irrigation management: the optimization perspective”, in Sustainable Irrigation Management
Technologies and Policies, WIT Transactions on Ecology and the Environment, Vol 96, Edited by G.
Lorenzini, C.A. Brebbia, WIT press, pp. 237-246, 2006.
Calendarização:
FASE
ACÇÃO
1º
1
2
Construção das funções a usar no modelo de
optimização
3
Implementação do modelo de optimização
4
2º
3º
4º
5º
6º
Página 41 de 41

Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado

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