Methodology for the analysis and design of inland waterways and its application for the Paraguay river waterway

Abstract

Resumo: No contexto das soluções técnicas para vias navegáveis interiores e dos esforços recentes do governo Brasileiro para equilibrar sua matriz modal de transporte, o objetivo geral desta dissertação é de fornecer conjuntos de ferramentas e interpretações para ajudar na melhoria e otimização de projetos e manutenções de hidrovias, focando principalmente no contexto Brasileiro. Inicialmente, a interpretação das diferenças entre um Nível de Redução para Batimetria (BRL) e um Nível de Redução para Dragagem (DRL) foram estabelecidos. Elas são fundamentais para um tratamento mais adequado das questões relativas à disponibilidade de profundidade e o desempenho de navegação. Na sequência, demonstrou-se como as influências plurianuais dos níveis de água dos rios podem ser de importância central para as definições de DRLs. Também não há evidência razoável para tratar o DRL como uma característica intrínseca de rios. E que os modelos de previsão podem ser ferramentas poderosas na busca de uma garantia de tempo operacional exata (por exemplo, 90%). Além disso, a abordagem de previsões visou avaliar até que ponto as previsões endógenas simples poderiam atingir em questão de precisão e acuracia. Apresentando uma melhoria significativa na definição de DRL, um ganho considerável de precisão, bem como a fixação de um 'benchmark' para abordagens futuras mais complexas (por exemplo, multi-estação, híbrido, exógeno). Além disso, também foi demonstrado como imprecisões de definição de DRL podem afetar os volumes de dragagem de um projeto. Da mesma forma, um modelo de nível de água melhor poderia "pagar por si mesmo" ao longo dos anos com os ganhos resultados de dragagens mais acuradas e precisas. Palavras-chaves: Rio Paraguai, Brasil, vias navegáveis interiores, Navegação, otimização, disponibilidade de profundidade, previsão de níveis, modelagem de nível de água, modelos hidrodinâmicos, otimização de níveis de referência, precisão do volume de dragagem.

Abstract: In the context of technical solutions for inland waterways, within the recent efforts of the Brazilian government to balance its modal matrix of transport, the overall aim of this dissertation is to provide a set of methodological tools and interpretations to assist the improvement and optimization of waterway's designs and maintenances, focusing primarily on the Brazilian context. Initially, the interpretation of the differences between a Bathymetric Reference Level (BRL) and a Dredging Reference Level (DRL) had to be set. They are key to a more appropriate treatment of the issues concerning waterways depth availability and performance. In the sequence, it was demonstrated how rivers' water level multi-annual influences can be of central importance to DRL definitions. Also that there is no reasonable evidence for treating the DRL as an intrinsic river's characteristic. And that forecast models can be powerful tools in the pursuit of an exact operational time assurance (e.g. 90%). Moreover, the forecast approach aimed at assessing how far could simple endogenous predictions reach precision wise. Presenting a significant improvement on DRL definition, a considerable gain of precision as well as setting a 'benchmark' for more complex approaches (e.g. multi-station, hybrid, exogenous). Furthermore, it was also demonstrated how DRL imprecisions can affect the dredging volumes of a project. Likewise, a better water level model is likely to 'pay for it self' along the years with the resulted gains due to more precise and accurate dredgings. Key-words: Paraguay River, Brazil, Inland Waterway, Navigation, optimization, depth availability, stage forecast, water level modeling, hydrodynamic models, reference level improvement, dredging volume accuracy.