Sobre o HIDRONDA

Introdução

A história da investigação das ondas geradas pelo vento é relativamente recente, sendo que os estudos de ondas em águas oceânicas permanecem como principal fonte de informações nestes últimos 60 anos. Os avanços nas pesquisas ganharam grande impulso durante Segunda Guerra Mundial, porque a previsão das condições da superfície do mar era estratégica para a logística do desembarque de tropas nas áreas costeiras. 

Atualmente o avanço das pesquisas permitem a implantação de modelos numéricos de previsão que, acoplados a redes de sensoriamento meteorológico e oceânico, se tornaram capazes de prognosticar com precisão satisfatória o campo de ondas em águas oceânicas. Por outro lado, os estudos de ondas em lagos e reservatórios não tiveram o mesmo impulso. A solução encontrada foi a elaboração de procedimentos que adaptam os métodos desenvolvidos para águas oceânicas de modo a permitir a aplicação em águas interiores.

Exceção deve ser dada aos estudos realizados pela equipe do Great Lakes Environmental Research Laboratory (GLERL), pertencente ao National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) por pesquisas nos Grandes Lagos, entre o Canadá e os Estados Unidos. Os Grandes Lagos estão entre os maiores do mundo em superfície e, por este motivo, dotados de ondas de características comumente encontradas em áreas oceânicas abertas. O lago Superior, por exemplo, o maior dentre os cinco lagos, supera em cerca de nove vezes a superfície do maior lago brasileiro (no caso, uma laguna), a Lagoa dos Patos (9.500 km²), e em cerca de sessenta vezes a superfície do lago da Usina Hidrelétrica de Itaipu (1.350 km²), este importante reservatório sulamericano. A aplicação de um sistema de previsão de ondas nos moldes do NOAA torna-se impraticável no Brasil pelos altos investimentos necessários à sua elaboração, implementação, manutenção e atualização.


Definição

Considerando a impossibilidade financeira de fazer frente a sistemas de previsão de ondas como os do NOAA, está sendo desenvolvido o ONDACAD, um modelo de simulação inédito, concebido integralmente no Brasil, destinado a simular o campo de ondas à partir do campo de vento. O modelo ONDACAD encontra-se em estágio de validação pela comparação do desvio entre resultados do modelo SWAN, módulo de ondas do modelo DELT3D.

Considerando a aplicabilidade em escala global de um sistema de simulação do campo de ondas em águas interiores para vários corpos de água simultaneamente, é apresentado o HIDRONDA.  O sistema é composto por um módulo de gerenciamento de dados e um módulo numérico (ONDACAD). A simulação dos fenômenos é baseada em modelos paramétricos pela combinação entre a distribuição do fetch e do campo de vento atuando como forçante.

O Sistema constitui-se em um modelo numérico totalmente automatizado e de reduzido custo operacional para simular a ocorrência de fenômenos gerados pelo vento em águas continentais se grande superfície (lagos, reservatórios e estuários) com base nas características físicas do local de estudo e no campo de vento local.

A mobilidade é garantida por uma arquitetura que permite o transporte do sistema por dispositivos de armazenamento portáteis como pendrives, permitindo o processamento remoto através de computador em rede na WEB, sem qualquer prejuízo aos resultados. Em caso de optar-se por computadores trabalhando como servidores dedicados, o sistema permite a disposição de computadores em paralelo, permitindo a incorporação de uma quantidade indefinida de novos corpos de água ao sistema.

O Sistema permite a gestão integrada do modelo ONDACAD com os vários elementos do banco de dados permitindo, através de ações automatizadas, a geração de mapas temáticos e a publicação na WEB. 

As ações são direcionadas visando atualizações automatizadas diariamente com meta de atualização horária. Outros lagos e reservatórios do Brasil e do Mundo vem sendo inseridos no sistema e serão oportunamente disponibilizados.



O sistema permite que as estações de trabalho sejam interligadas em paralelo. Utilizando-se malhas estruturadas retangulares de 15000 nós para cada corpo de água, um computador com processador da classe core duo com 2GB de memória RAM acoplado ao Sistema processa cada imagem do campo de ondas em cerca e 30 segundos, possibilitando em um caso limite, uma frequência horária de execução de aproximadamente 120 reservatórios.

Os resultados desse estudo integram um projeto mais amplo, no qual estão previstas as realizações de campanhas longas de medição de vento e ondas de modo a validar um modelo paramétrico específico para águas continentais.


O sistema permite ainda que as estações de trabalho sejam interligadas em paralelo. Um computador acoplado ao Sistema processa cada imagem do campo de ondas em cerca e 30 segundos, possibilitando em um caso limite, uma frequência horária de execução de aproximadamente 120 reservatórios.

O Sistema permite a geração de mapas temáticos de distribuição de quatro elementos: (1) fetch; (2) período da onda; (3) altura significativa da onda ; (4) profundidade de mistura pela propagação de ondas. A representação gráfica dos elementos respectivos e referentes a uma data aleatoriamente escolhida é mostrada a seguir:

 


 


O resultado do sistema pode ser aplicado em áreas que envolvem temas como o transporte de sedimentos e erodibilidade de margens, verificação de dimensionamento da crista de reservatórios de barragens, transporte aquaviário, implantação de fazendas aquícolas e diversas aplicações em estudos ambientais, entre as quais os estudos visando o conhecimento de estratificação em lagos e reservatórios.

A proposição do Sistema integra a tese de doutorado em andamento do Professor Marcelo Marques, da Universidade Estadual de Maringá (UEM) através do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental (PPGERHA) da UFPR sob orientação do professor Alexandre Kolodynskie Guetter e a co-orientação do Professor Tobias Bleninger.

Para informações adicionais consulte:

MARQUES, Marcelo ; GUETTER, A. K. . Determinação da distribuição do fetch e do campo de ondas sob condições de ventos extremos no reservatório de Itaipu. Revista Técnica do Instituto de Engenharia do Paraná, v. I, p. 37-51, 2012.

MARQUES, Marcelo ; GUETTER, A. K. ; ARANTES, E. P. ; FERNANDES, C. V. S. ; BLENINGER, T. . Concepção de um sistema automatizado para simulação do campo de ondas em reservatórios. In: III Simpósio Ambiental da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, 2012, Campo Mourão. Anais do III SIAUT, 2012.

MARQUES, Marcelo ; GUETTER, A. K. ; MANNICH, M. ; BERNARDO, J. W. Y. ; OKAWA, Cristhiane Passo ; PEREIRA, Osni . Automated System for Simulation of Wave Field in Inland Waters. In: XVI Congress of the Iberian Association of Limnology, 2012, Guimarães. Book of abstracts - XVI Congress of the Iberian Association of Limnology, 2012. v. 1. p. 107-108.

MARQUES, Marcelo ; ANDRADE, F. O. ; GUETTER, A. K. . An empirically based wind driven wave nowcasting system: case study of Salto Caxias Reservoir in Brazil. In: 3rd WMO/WWRP International Symposium on Nowcasting and Very Short Range Forecasting, 2012, Rio de Janeiro. Book of obstracts - 3rd WMO/WWRP International Symposium on Nowcasting and Very Short Range Forecasting, 2012.

MARQUES, Marcelo ; GUETTER, A. K. ; MANNICH, M. ; BERNARDO, J. W. Y. . HIDRONDA: SISTEMA AUTOMATIZADO PARA SIMULAÇÃO DO CAMPO DE ONDAS EM RESERVATORIOS. In: XXV Congresso Latinoamericano de Hidráulica, 2012, San José. Anais do XXV Congresso Latinoamericano de Hidráiulica, 2012.