14h15 elena matta pdfx

ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ- MANDANTES UTILIZANDO TELEMAC- 2D

E. Matta*; G. M. Nogueira da Silva**; R. Lorenz*; G. Gunkel*; R. Hinkelmann* * Universidade Técnica de Berlim, Alemanha (TUB) ** Universidade Federal de Pernambuco (UFPE) Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 1

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Outline Introdução Metodologia Área do estudo Modelos da batimetria Resultados da modelagem Conclusões e perspectivas Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 2

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Outline Introdução Metodologia Área do estudo Modelos da batimetria Resultados da modelagem Conclusões e perspectivas Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 3

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Introdução INNOVATE* : Projeto de colaboração entre Brasil e Alemanha

Link: http://www.innovate.tu/ berlin.de/ * „Interplay among multiple uses of water reservoirs via innovate coupling aquatic and terrestrial ecosystems” Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 4

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Metodologia Pré/ processador Janet

Pós/ processador ParaView

Processador TELEMAC- 2D

Links: http://www.smileconsult.de/index.php http://www.paraview.org/ http://www.opentelemac.org/ Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 6

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Área do estudo Baía de Icó/ Mandantes, reservatório de Itaparica

© 2013 Helio Leandro Lopes

/ Reservatório de Itaparica: área 828 km2 / Baía de IcóMandantes: área ca. 100 km2 Chair of Water Resources Management and Modeling of

© 2013 Helio Leandro Lopes

© 2015 Google image © 2015 CNES / Astrium

Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 8

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Modelos da batimetria Para médio e alto nível de água (MWL, HWL) Ø malha não/ estruturada aprox. 23.000 células triangulares Ø comprimento médio aprox. 150 m Ø elevação do solo (m a.n.m.): 274.3 – 302.8 m

INFLOW

Malha da baía

OUTFLOW Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 10

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Modelos da batimetria Para baixo nível de água (LWL)

Ø malha não/ estruturada aprox. 17.000 células triangulares Ø comprimento médio aprox. 150 m Ø elevação do solo (m a.n.m.): 274.3 – 299.5 m

INFLOW

Malha da baía

OUTFLOW Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 11

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Desafios e cenários Ø

Usos m ú ltiplos da á gua (ex.: gera ç ã o de energia hidrelétrica, irrigação de agricultura, pesca, aquicultura, consumo humano)

Ø

Per í odos chuvosos, taxa de evapora ç ã o elevada, gera ç ã o de energia hidrel é trica, usos m ú ltiplos flutuações anual do nível da água elevadas (ca. 2 m por ano)

Ø

Seca (h = ca. 300 m; Q = ca. 600 /

1000 m3/s)

Ø

Projeto de Transposição do Rio São Francisco (PISF)

Ø

Afluentes intermitentes (ex.: Riacho dos Mandantes) entrada de nutrientes no corpos d' á gua, eros ã o e lixiviação

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Usos múltiplos da água Eixo Leste Eixo Leste (transposição 10 – 28 m3/s)

Riacho Mandantes P5 P4 P3 P2

INFLOW

FG Tanques de peixe: emissões de nutrientes provenientes de sistemas de aquicultura (ex.: P, N) OUTFLOW

FG

P1- 5 Bombas para irrigação (no total 1.5 m3/s)

P1

Riacho Mandantes à período de chuvas (40 / 100 m3/s)

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Outline Introdução Metodologia Área do estudo Modelos da batimetria Resultados da modelagem Conclusões e perspectivas Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 14

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Estudo sobre o tempo de residência da água Rio natural

τ = V/Q Chapra (1997)

@ www.AmazonRiverExpert.com

Tempo de residência da água correspondente para o reservatório τ = 63 dias

Baía dendrítica

domínio complexo

Métodos alternativos…

Ex.: Lagrangian Particle Tracking (Banas et al., 2005)

© 2015 Google image © 2015 CNES / Astrium

Tempo de residência da água correspondente relativo a baía (τ >> 63 dias !!!)

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Estudo sobre o tempo de residência da água DISTRIBUIÇÃO UNIFORME DO TRAÇADOR PASSIVO • Método experimental para domínios complexos como a baía • Um traçador nãoaproximado reativo foi definido condição Valor docomo tempo de inicial (t = 0) exclusivamente no interior da baía: o valor de 10 [/ ] foi residência águacom xtempo atribuído a cada ponto da de malha > 560.157 m C = 10 [/ ] no interior da baía, 0 [/partícula ] no resto do domínio em que cada no

interior da baía tem uma concentração menor do que 10% do valor inicial: c <1 [/ ] x > 560,157 m

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Estudo sobre o tempo de residência da água Análise de diferentes cenários: • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, com ou sem evaporação (5.479 mm d/ 1) • Nível da água variável (VWL), de acordo com dados de 2012 e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, considerando evaporação 5.479 mm d/ 1) • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média variável, de acordo com dados de 2012, considerando evaporação (5.479 mm d/ 1)

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Estudo sobre o tempo de residência da água Análise de diferentes cenários: • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, com ou sem evaporação (5.479 mm d/ 1) • Nível da água variável (VWL), de acordo com dados de 2012 e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, considerando evaporação 5.479 mm d/ 1) • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média variável, de acordo com dados de 2012, considerando evaporação (5.479 mm d/ 1)

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Constante LWL (esquerda) e HWL (direita) e constante Q, por 1 ano

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Estudo sobre o tempo de residência da água Análise de diferentes cenários: • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, com ou sem evaporação (5.479 mm d/ 1) • Nível da água variável (VWL), de acordo com dados de 2012 e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, considerando evaporação 5.479 mm d/ 1) • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média variável, de acordo com dados de 2012, considerando evaporação (5.479 mm d/ 1)

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Nível da água variável (VWL) no período de 17.01.2012 / 16.01.2013 (CHESF, 2012/ 2015; Florian Selge, Dez. 2015) Nível da água VWL [m.a.s.l]

t [dias] Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 21

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Nível da água variável (VWL) e constante Q, por 1 ano

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Estudo sobre o tempo de residência da água Análise de diferentes cenários: • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, com ou sem evaporação (5.479 mm d/ 1) • Nível da água variável (VWL), de acordo com dados de 2012 e vazão média constante Q = 2,060 m3 s/ 1, considerando evaporação 5.479 mm d/ 1) • Baixo e alto nível da água constante (LWL e HWL, respectivamente) e vazão média variável, de acordo com dados de 2012, considerando evaporação (5.479 mm d/ 1)

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Vazão afluente variável no período de 17.01.2012 / 16.01.2013 (CHESF, 2012/ 2015; Florian Selge, Dez. 2015)

Vazão Q [m3/s]

t [dias] Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 24

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Constante LWL (esquerda) e HWL (direita) e variável Q, por 1 year

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Redução da concentração média do traçador no interior da baía [%] vs. tempo [dias]

1 ano aprox.

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Estudo sobre o tempo de residência da água Ø Tempo de residência da água aproximado (dias) cases

LWL, CQ

HWL, CQ

VWL, CQ

LWL, VQ

HWL, VQ

com evaporação de 5.479 mm d- 1

545

725

545

545

725

ü HWL aprox. 200 dias – tempo de residência maior que com LWL ü Resultados de LWL mais influenciados pela evaporação que HWL ü Resultados de VWL muito similares para o caso com LWL Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 27

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Department of Civil Engineering ü Vazão (Q) variável ou constante não influencia

relevantemente o tempo de residência (LWL, HWL)

Outline Introdução Metodologia Área do estudo Modelos da batimetria Resultados da modelagem Conclusões e perspectivas Chair of Water Resources Management and Modeling of Hydrosystems ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 28

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Conclusões e perspectivas • Os modelos podem ser usados como ferramenta experimental de gestão por diversos orgãos (ex.:

na regulação da quantidade e qualidade de água em reservatórios, instalação de novas bombas de irrigação ou sistemas de aquicultura) • A gestão da baía deve ser integrada com os resultados dos modelo aplicado ao cenários differentes • Simulações com TELEMAC/ 3D na baía de Icó/

Mandantes estão em curso (ex: efeitos de vento em

3D, emissões de nutrientes do sistema de aquicultura)

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Department of Civil Engineering

Publicações I Ø

Ø

Conference papers within the SP5 RM4 of the INNOVATE project •

Broecker, T., Özgen, I., Matta, E., Cabral, J., Candeias, A. L. and Hinkelmann, R. (2014) Simulation of Flow and Transport Processes in a Brazilian Reservoir Lehfeldt, R. & Kopmann, R. (eds): International Conference on Hydroscience & Engineering (ICHE), Hamburg, © 2014 Bundesanstalt für Wasserbau ISBN 97In8/ 3/ 939230/ 32/ 8.

•

Gunkel, G., Lima, D., Selge, F., Matta, E., Sobral, M., Calado, S. (2015) Serviços de ecossistemas em reservatórios: produtos finais, capacidade e processos limitantes – exemplo de Itaparica, rio São Francisco. SILUSBA, Brazil, accepted.

•

Matta, E., Özgen, I., Cabral, J., Candeias, A.L. and Hinkelmann, R. (2014) Simulation of Wind/ Induced Flow and Transport in a Brazilian Bay Lehfeldt, R. & Kopmann, R. (eds): International Conference on Hydroscience & Engineering (ICHE), Hamburg, © 2014 Bundesanstalt für Wasserbau ISBN 978/ 3/ 939230/ 32/ 8.

•

Matta, E., Selge, F., Gunkel, G., Rossiter, K., Jourieh, A. & Hinkelmann, R. (2015) Quantification of exchange processes between a bay and a river using a two/ dimensional high/ resolution flow and transport model. Proceedings 17th IWA DIPCON Conference, Berlin, Germany.

•

Matta, E., Simshäuser, M., N., Koch, H., Selge, F., Gunkel, G., Rossiter, K. & Hinkelmann, R. (2015) Modeling the interaction of multiple uses, climate and land/ use changes in a bay of Itaparica reservoir, São Francisco river. Proceedings XXI SBRH Conference, Brasilia, Brazil.

Journal articles within the SP5 RM4 of the INNOVATE project •

•

Gunkel, G. and Sobral, M. (2013) Re/ oligotrophication as a challenge for tropical reservoir management with reference to Itaparica Reservoir, São Francisco, Brazil. Water Sci. Technol., Vol. 67, No. 4, pp. 708/ 714.

Gunkel, G., Matta, E., Selge, F., Nogueira da Silva, G. M. & Sobral, M. (2015) Carrying capacity limits of net cage aquaculture for Brazilian reservoirs. Revista Brasileira Ciencias Ambientais, revision.

E., Selge F., Gunkel G., RossiterofK., Jourieh A. & Hinkelmann R. (2016) Simulations of nutrient Chair of • WaterMatta Resources Management and Modeling Technische Universität Berlin Hydrosystemsemissions from a net cage aquaculture system in a Brazilian bay. Water Sci. Technol., Vol. 73, No. 10, ESTIMATIVA DO TEMPO DE RESIDÊNCIA DA ÁGUA NA BAÍA DE ICÓ-MANDANTES | Slide 30 Department of Civil Engineering pp. 2430/ 2435.

Publicações II

Ø

•

Rossiter, K. W. L., Morais, M., M., Calado, S. C. S., Benachour, M., Matta, E. (2015) Diagnóstico da Qualidade da Água ao longo de um Canal de concreto: Um estudo de caso do Canal do Sertão Alagoano. Revista Brasileira Ciencias Ambientais, subm.

•

Selge, F., Matta, E., Hinkelmann, R. & Gunkel, G. (2015) Nutrient load concept/ impacts. Proceedings 17th IWA DIPCON Conference, Berlin, Germany.

•

Özgen, I., Seeman, S., Candeias, A. L., Koch, H., Simons, F. and Hinkelmann, R. (2013) Simulation of hydraulic interaction between Icó Mandantes bay and São Francisco river, Brazil. Sustainable Management of Water and Land in Semiarid Areas. Gunkel, G., da Silva, J. A. A., Sobral, M. Editors, pp. 28/ 38.

reservoir vs. bay

Bachelor and Master thesis within the SP5 RM4 of the INNOVATE project •

Broecker, T. (2014) Simulation of two- dimensional flow and transport processes in a Brazilian reservoir. Master Thesis, Technische Universität Berlin, Germany.

•

Matta, E. (2013) Simulation of wind induced flow in Icò Mandantes bay, Brazil. Master Thesis, Technische Universität Berlin, Germany, and Politecnico di Torino, Italy.

Supervised by Matta, E. & Hinkelmann, R.: •

Simshäuser, M., N. (2015) Impacts of a tributary on flow and transport in Icó/ Mandantes Bay. Bachelor Thesis, Technische Universität Berlin, Germany.

•

Wirth, S. (2015) Auswirkungen eines Wasserüberleitungskanals auf die Strömungs/ und Wasserqualitätsverhältnisse in der Icó/ Mandantes Bucht. Bachelor Thesis, Technische Universität Berlin, Germany.

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Obrigada para atenção!

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