Estudo da modelagem do transporte de sedimentos da Baía de Vitória-ES e potenciais alterações na dinâmica hidrossedimentológica mediante o aprofundamento do canal estuarino

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Lacerda, Kaio Calmon
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Doutorado em Engenharia Ambiental
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/16532
Resumo: Several studies have been carried out on the possible impacts of natural changes or anthropic interventions in coastal systems, such as the relative rise in sea level, landfills and dredging. Numerical modeling stands out as a key method for allowing hypotheses to be tested in addition to providing assertive results with high spatial and temporal resolution. Potential impacts of the deepening project of the Vitória Port channel, concluded in 2017, are investigated using the numerical hydrodynamic and sediment transport model Delft3D, three-dimensional (3D), forced by tide, wind, atmospheric pressure and thermohaline gradients. The numerical model reproduced well the observed elevation, velocity, temperature, salinity and Suspended Sediment Concentration (SSC) data in Vitória Bay. In addition, the importance of using a 3D model for the present study was pointed out by the gradients of variables identified in the water column, with greater emphasis on velocity and, consequently, on the shear stress at the bottom. The surface composition based on the percentages of cohesive and non-cohesive sediment was the one that presented the most satisfactory results among the bottom composition approaches evaluated in the sediment transport model. Furthermore, the experiments in which the temporal variation of the model parameters along the spring and low tide cycles were considered allowed to obtain better results. This was observed by the smaller error values obtained in relation to the available measured data, but without significantly overestimating the average and maximum concentration values indicated by the measured data reported in the literature for the area. A 3D model was considered in which the erosion parameter (kg/m2/s) varied from 5x10-6 (spring) to 30x10-6 (neap) with an TCE of 0.2 N /m2 for the experiment that presented the most satisfactory results. Regarding the deepening considered, from the velocity series it was possible to observe that the impact on the velocities varies throughout the neap-spring tidal cycle, in addition to presenting distinct patterns along the water column. Despite the statistical parameters pointing to trends in the average impact that deepening has on hydrodynamic patterns throughout the study area, the results indicate that this pattern varies over time and along the water column. Therefore, considering the analysis of the hydrodynamic results, it was not possible to establish an expected pattern of impact on the transport of sediments in the region. However, based on the sediment transport simulations carried out, it can be concluded that, for the simulated conditions and the considered deepening, in general, there is a reduction in resuspension fluxes along the bay, with a consequent reduction in SSC and eroded volume along the study area. The results indicate a reduction of 4.3% in the total volume of material eroded, considering the entire study area, as a result of the deepening and a percentage reduction in the average SSC of up to 20% in the evaluated stations
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The numerical model reproduced well the observed elevation, velocity, temperature, salinity and Suspended Sediment Concentration (SSC) data in Vitória Bay. In addition, the importance of using a 3D model for the present study was pointed out by the gradients of variables identified in the water column, with greater emphasis on velocity and, consequently, on the shear stress at the bottom. The surface composition based on the percentages of cohesive and non-cohesive sediment was the one that presented the most satisfactory results among the bottom composition approaches evaluated in the sediment transport model. Furthermore, the experiments in which the temporal variation of the model parameters along the spring and low tide cycles were considered allowed to obtain better results. This was observed by the smaller error values obtained in relation to the available measured data, but without significantly overestimating the average and maximum concentration values indicated by the measured data reported in the literature for the area. A 3D model was considered in which the erosion parameter (kg/m2/s) varied from 5x10-6 (spring) to 30x10-6 (neap) with an TCE of 0.2 N /m2 for the experiment that presented the most satisfactory results. Regarding the deepening considered, from the velocity series it was possible to observe that the impact on the velocities varies throughout the neap-spring tidal cycle, in addition to presenting distinct patterns along the water column. Despite the statistical parameters pointing to trends in the average impact that deepening has on hydrodynamic patterns throughout the study area, the results indicate that this pattern varies over time and along the water column. Therefore, considering the analysis of the hydrodynamic results, it was not possible to establish an expected pattern of impact on the transport of sediments in the region. However, based on the sediment transport simulations carried out, it can be concluded that, for the simulated conditions and the considered deepening, in general, there is a reduction in resuspension fluxes along the bay, with a consequent reduction in SSC and eroded volume along the study area. The results indicate a reduction of 4.3% in the total volume of material eroded, considering the entire study area, as a result of the deepening and a percentage reduction in the average SSC of up to 20% in the evaluated stationsDiversos estudos vêm sendo realizados acerca de possíveis impactos de mudanças naturais ou intervenções antrópicas em sistemas costeiros, como o aumento relativo do nível do mar, aterros e dragagens. Nesse contexto, a modelagem numérica se destaca como um método chave por permitir que hipóteses sejam testadas, além de fornecer resultados de forma assertiva com elevada resolução espacial e temporal. Potenciais impactos do aprofundamento do canal do Porto de Vitória, finalizado em 2017, são investigados utilizando o modelo numérico hidrodinâmico e de transporte de sedimentos Delft3D, tridimensional (3D), forçado por maré, vento, pressão atmosférica e gradientes termohalinos. O modelo numérico reproduziu satisfatoriamente os dados observados de elevação, velocidade, temperatura, salinidade e CSS na Baía de Vitória. Além disso, a importância do uso de um modelo 3D para o presente estudo foi apontada por gradientes de variáveis identificados na coluna de água, com maior destaque para a velocidade e, consequentemente, para a tensão de cisalhamento no fundo. No modelo de transporte de sedimentos, dentre as abordagens de composição de fundo avaliadas, a composição superficial realizada com base nos percentuais de sedimento coesivo e não coesivo foi a que demonstrou resultados mais satisfatórios. Além disso, os experimentos em que se considerou a variação temporal dos parâmetros do modelo ao longo dos ciclos de sizígia e quadratura permitiram obter melhores resultados, o que foi indicado pelos menores valores dos erros obtidos em relação aos dados medidos disponíveis, mas sem que os valores de concentrações médias e máximas desviassem de forma expressiva do padrão apontado pelos dados medidos reportados na literatura para o local. Nesse sentido, no experimento que apresentou resultados mais satisfatórios considerou-se um modelo 3D em que o parâmetro de erosão (kg/m2/s) variou de 5x10-6 (sizígias) para 30x10-6 (quadraturas) com uma TCE de 0,2 N/m2. Com relação ao aprofundamento considerado, a partir das séries de velocidades foi possível observar que o impacto nas velocidades varia ao longo do ciclo de sizígia e quadratura, além de apresentar padrões distintos ao longo da coluna de água. Apesar dos parâmetros estatísticos apontarem tendências do impacto médio que o aprofundamento tem nos padrões hidrodinâmicos ao longo da área de estudo, os resultados indicam que este padrão varia no tempo e ao longo da coluna de água. Assim, diante das análises dos resultados hidrodinâmicos não foi possível estabelecer um padrão esperado de impacto no transporte de sedimentos da região. No entanto, a partir das simulações de transporte de sedimentos conduzidas, pode-se concluir que, para as condições simuladas, o aprofundamento considerado resulta, de forma geral, em uma redução nos fluxos de ressuspensão ao longo da baía, com consequente redução das concentrações de sedimentos suspensos e do volume erodido ao longo da área de estudo. Nesse sentido, obteve-se uma redução de 4,3% do volume de material erodido do fundo, considerando toda a área de estudo, em decorrência do aprofundamento considerado, além de reduções percentuais das médias de concentrações de sedimento suspenso de até 20% nos pontos analisados.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Universidade Federal do Espírito SantoBRDoutorado em Engenharia AmbientalCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia AmbientalChacaltana, Julio Tomas Aquijehttps://orcid.org/0000000324886232http://lattes.cnpq.br/9108224414966705Gallo, Marcos NicolasReis, Jose Antonio Tosta doshttp://lattes.cnpq.br/7828468159099998Furieri, Brunohttps://orcid.org/0000000297360250http://lattes.cnpq.br/6585455298349085Barreto, Fernando Tulio CamiloLacerda, Kaio Calmon2024-05-30T01:41:06Z2024-05-30T01:41:06Z2022-12-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16532porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-01-10T08:52:40Zoai:repositorio.ufes.br:10/16532Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-01-10T08:52:40Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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