Análise comparativa entre modelo reduzido e modelos computacionais uni e bidimensionais

Abstract

Resumo: Os modelos hidráulicos reduzidos são utilizados para complementar e/ou confirmar os cálculos realizados em projeto, além de possibilitar o estudo, em escala reduzida, dos fenômenos físicos. Mas devido ao elevado custo de investimento, os modelos reduzidos são executados apenas em grandes e complexas obras. Por conta disto, tem-se tornado cada vez mais frequente a utilização e aceitação de modelos computacionais, sejam eles, unidimensionais, bidimensionais ou, até mesmo, tridimensionais. Este é o resultado da crescente evolução da capacidade de processamento dos hardwares, que nos permitem o acesso à ferramentas tão poderosas. Diante desta evolução, torna-se necessária a análise comparativa das grandezas entre modelo físico e o modelo computacional, confrontando a precisão dos resultados entre os modelos para que, assim, permita-se uma adequação do uso de modelos computacionais em diferentes etapas de complexos projetos hidráulicos, bem como cotejar a precisão dos resultados com o tempo de simulação em cada modelagem computacional. Neste sentido, esta dissertação tratará de uma análise comparativa dos resultados obtidos das modelagens computacionais unidimensional e bidimensional, respectivamente, utilizando os softwares HEC-RAS (U. S. Army Corps of Engineers) e RiverFlow2D© (Hydronia LLC), com os dados observados em campo e os dados obtidos do modelo hidráulico reduzido realizado pelo Centro de Hidráulica e Hidrologia Professor Parigot de Souza (CEHPAR) da Universidade Federal do Paraná. Para esta análise comparativa, escolheu-se um trecho de rio de nível complexo, contendo uma ilha, divisor físico das águas do rio em braço esquerdo e direito, respectivamente, em 5,1 e 5,7 km de extensão. Apresentando diversas corredeiras e controles hidráulicos ao longo do domínio estudado, além da existência de afloramentos rochosos, bancos de areia e pequenas ilhas. A qualidade dos resultados apresentados pelas modelagens está diretamente relacionada ao modelo digital de terreno utilizado, oriundo de detalhado levantamento topográfico a laser, LiDAR (Light Detection And Ranging) e de pontos provenientes do levantamento batimétrico. Por conta disto, foi possível a utilização de um modelo unidimensional com 1.565 seções espaçadas em apenas 5 metros e para modelo bidimensional a geração de uma malha densa, com 1.940.892 elementos triangulares de apenas 4 metros. Palavras-chave: Análise Comparativa de Modelos Hidráulicos. Modelo Hidráulico Reduzido. Modelo Hidráulico Computacional. Modelo Computacional Unidimensional. Modelo Computacional Bidimensional. Software HEC-RAS. Software RiverFlow2D©.

Abstract: The reduced hydraulic models are used to complement and confirm the calculations carried out in the design, besides making it possible to study, in a reduced scale, the physical phenomena. But because of the high cost of investment, the reduced models are only executed in large and complex works. Because of this, the use and acceptance of computational models, either unidimensional, two-dimensional or even three-dimensional, has become increasingly frequent. This is the result of the increasing evolution of the hardware processing capacity, which currently allows us access to such powerful tools. In view of this evolution, it is necessary to compare the magnitudes between the physical model and the computational model, comparing the precision of the results between the models so as to allow an adequate use of computational models in different stages of complex projects, as well as to compare the accuracy of the results with the simulation time in each computational modeling. In this sense, this dissertation will deal with a comparative analysis of the results obtained from one-dimensional and two-dimensional computational models, respectively, using the HEC-RAS (US Army Corps of Engineers) and RiverFlow2D© (Hydronia LLC) software, with the data observed in the field and the data obtained from the reduced hydraulic model performed by the Hydraulic and Hydrology Center Professor Parigot de Souza (CEHPAR) of the Federal University of Paraná. For this comparative analysis, a stretch of river of complex level was chosen, containing an island, physical divisor of the waters of the river in left and right arm, respectively, in 5,1 and 5,7 km of extension. Featuring several rapids and hydraulic controls along the studied domain, besides the existence of rocky outcrops, sand banks and small islands. The quality of the results presented by the modeling is directly related to the digital terrain model used, derived from a detailed topographic survey of the laser, LiDAR (Light Detection And Ranging) and points from the bathymetric survey. Because of this, it was possible to use a unidimensional model with 1,565 sections spaced in only 5 meters and for the two-dimensional model the generation of a dense mesh, with 1,940,892 triangular elements of only 4 meters. Keywords: Comparative Analysis of Hydraulic Models. Reduced Hydraulic Model. Computational Hydraulic Model. Computational One-Dimensional Model. Two-dimensional Computational Model. HEC-RAS software. RiverFlow2D© software.