Pareamento de processos Bacia-Lagoa : desenvolvimento de modelo hidrodinâmico de fluxos subsuperficiais e superficiais acoplados - Chalegre, Cayo Lopes Bezerra (2021)
Ambientes lacustres são bastante suscetíveis aos processos que ocorrem em sua bacia hidrográfica tornando a análise acoplada bacia-lagoa essencial no entendimento de sua estrutura e funcionamento. Dentre esses processos, a interação entre o escoamento superficial e subsuperficial pode exercer forte influência no balanço hídrico e de nutrientes desses ecossistemas. Contudo, a heterogeneidade espacial e temporal da distribuição desses fluxos pode tornar o processo de quantificação dificultoso e a aplicação de técnicas convencionais pode não ser compensatória. Muitas dessas técnicas tem uma abrangência espacial e temporal limitadas. Contudo, a combinação entre métodos convencionais com a modelagem dos fluxos acoplados pode ser uma abordagem adequada para lidar com essa heterogeneidade, possibilitando avaliar a interação entre ambos os escoamentos. Nesse estudo, iniciamos a expansão do modulo hidrodinâmico do modelo hidrodinâmico e ecológico IPH-ECO, visando consolidá-lo como ferramenta cientifica com objetivo de permitir a avaliação dessa dinâmica para ambientes lacustres subtropicais. Implementamos um esquema numérico híbrido de volumes finitos e diferenças finitas de forma a permitir a modelagem acoplada de ambos os fluxos. Os fluxos foram acoplados considerando as hipóteses de Dupuit válidas, integrando-os através de uma condição de contorno cinemática na interface entre ambos. O algoritmo proposto foi testado através de três benchmarks comumente usados para validação desse tipo de metodologia. Bons resultados foram encontrados para dois benchmarks, demonstrando a capacidade do modelo em simular fluxos bem-desenvolvidos acoplados através de uma barragem porosa e a influência da maré em um ambiente lagunar costeiro separado do mar por uma faixa litorânea sedimentar. No terceiro benchmarks uma bacia com um curso d’água de drenagem foi simulado considerando dois cenários, o primeiro considerando apenas fluxo superficial e o segundo fluxos acoplados. A simulação do cenário onde somente escoamento superficial foi simulado demonstrou bons resultados quando comparados a modelos anteriores. A simulação do segundo cenário permitiu a identificação de algumas limitações da nova abordagem durante o processo de saturação e transição entre os escoamentos subsuperficiais e superficiais. A análise mais aprofundada de estudos anteriores demonstra a necessidade de adoção de metodologias complementares para assegurar uma rigorosa conservação da massa nessa etap. Entre essas metodologias o uso de um algoritmo de passo de tempo adaptativo para o modulo hidrodinâmico e a adoção da resolução de sub-grid se mostram como soluções adequadas para lidar com essas limitações. Com isso, pretendemos abordar estas limitações em estudos complementares de forma a alcançar a consolidação do novo módulo hidrodinâmico do modelo IPH-ECO.