Avaliação de processos hidrossedimentológicos em região de transição rio-reservatório idealizada parcialmente confinada

Orientador: Prof. Dr. William Bonino RauenDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 27/02/2020Inclui referências: p. 155-120Resumo: Processos hidrossedimentológicos em regiões de transição rio-reservatório tipicamente apresentam expressiva variabilidade espacial e temporal, com efeito dominante exercido por sua geometria. Este estudo avalia como tais processos podem ser afetados por um confinamento parcial de região de transição idealizada de rio-reservatório subtropical de porte médio, com hipótese de aumento da eficiência de retenção de sedimentos (ERS) causado por descontinuidade hidrodinâmica. Foi empregada modelagem computacional 3D da hidrodinâmica e do transporte e deposição de sedimentos coesivos suspensos para estimar a ERS da região de transição sob três configurações geométricas: i) sem confinamento (região de transição rio-reservatório com alargamento monotônico de montante para justante); ii) parcialmente confinada (estreitamento de seção) com canal retilíneo de ligação com o restante do reservatório; e iii) parcialmente confinada com canal de ligação sinuoso. Foram realizados testes preliminares de estabilidade das simulações, adequação da malha computacional, conservação de massa e convergência para regime permanente. Em seguida, 68 cenários foram simulados contemplando variações em parâmetros hidrossedimentológicos, como a vazão fluvial, o aporte sólido e a velocidade de queda dos sedimentos, além do vento (intensidade, direção e sentido), como parâmetro meteorológico. Confirmou-se a hipótese de que o confinamento parcial pode promover aumento da ERS da região de transição sob boa parte das condições simuladas, com pequena redução da ERS em apenas um dos cenários testados. O aumento máximo estimado da ERS foi de 16% e ocorreu quando havia um padrão de recirculação horizontal mais intenso e abrangente no interior da região parcialmente confinada. Especialmente para situações com aporte sólido fluvial expressivo e reservatórios sob sério risco de assoreamento, esse resultado sugere a possibilidade de que tais regiões exerçam o efeito de um pré-reservatório integrado ao corpo de água principal, podendo ser considerada como uma das medidas voltadas ao controle do assoreamento. Palavras-chave: Deposição de sedimentos. Transição rio-reservatório. Descontinuidade hidrodinâmica. Controle do assoreamento. Modelagem de CFDAbstract: Hydro-sedimentological processes in river-reservoir transition regions typically show significant spatial and temporal variability, with a dominant effect exerted by their geometry. This study evaluated how these processes can be affected by partial confinement of an idealised transition region of a medium-sized subtropical reservoir, with the hypothesis of increased sediment trapping efficiency (STE) caused by hydrodynamic discontinuity. Three-dimensional computational modelling of the hydrodynamics and transport and deposition of suspended cohesive sediments was used to estimate STE for the transition region under three geometric configurations: i) without confinement (transition region with monotonic width increase); ii) partial confinement caused by cross-section narrowing, with a straight channel connecting it to the rest of the reservoir; and iii) partial confinement with a sinuous connecting channel. Preliminary testing was undertaken to confirm stability, mesh independence, mass conservation and steady state conditions of the modelling approach. Then, 68 scenarios were simulated considering changes in hydrosedimentological parameters, such as the river discharge, fluvial sediment load and sediment fall velocity, in addition to varying wind conditions (intensity, direction and orientation), as a meteorological parameter. The results confirmed the hypothesis that partial confinement can increase STE of the transition region under a range of simulated conditions, with a small STE reduction being observed for only one of the scenarios tested. The maximum estimated STE increase was 16%, which occurred when there was an intense and widespread horizontal recirculation pattern within the confined region. Especially for situations with significant fluvial sediment load and reservoirs under serious siltation risk, this result suggested the possibility of such regions functioning as a pre-reservoir integrated to the main reservoir, which can be considered as part of measures aimed at siltation control. Keywords: Sediment deposition. River-reservoir transition. Hydrodynamic discontinuity. Siltation control. CFD modellin