Contribuição para o estudo dos processos morfodinâmicos em regiões costeiras e estuarinas

Abstract

São descritos nesta tese o desenvolvimento, calibração e validação experimental de uma estrutura computacional integrada, capaz de reproduzir os efeitos combinados das ondas de gravidade em condições de água pouco profunda a intermédia (empolamento, refracção, difracção, reflexão e rebentação) sobre uma corrente em regime permanente, o transporte de sedimentos e a evolução do fundo móvel. Esta estrutura é no essencial constituída por três módulos cada um dos quais integrando um ou mais modelos numéricos relativos a: i) escoamento quasi-irrotacional; ii) camada limite turbulenta; iii) transporte de sedimentos e evolução do fundo móvel. A formulação matemática do modelo hidrodinâmico ao nível do escoamento quasi-irrotacional é baseada numa 2a. aproximação (ordem 2 em s2) da teoria das ondas em água pouco profunda, estendida à reprodução dos efeitos de interacção onda-corrente e de dissipação de energia devido ao atrito de fundo e à rebentação da onda. Ao nível da camada limite turbulenta é utilizado um modelo pontual de duas equações, para a energia cinética turbulenta K e macro-escala da turbulência L, cuja formulação matemática resulta de hipóteses simplificativas das equações de Reynolds e da noção de equilíbrio local da turbulência, supondo que no estado de equilíbrio a produção de energia é equivalente à dissipação viscosa. O módulo relativo ao transporte de sedimentos e evolução do fundo móvel inclui equações dinâmicas para o cálculo dos caudais sólidos transportados por arrastamento e em suspensão e a equação de continuidade da fase sólida. Um método de elementos finitos é utilizado para resolver os sistemas de equações relativos aos modelos incluídos no módulo de escoamento quasi-irrotacional e a equação de conservação do sedimento. A solução numérica do sistema de equações do modelo de camada limite é obtida recorrendo a um método implícito de diferenças finitas. São comparados resultados numéricos dos diferentes modelos com soluções analíticas, resultados numéricos e dados experimentais obtidos por diversos autores. A estrutura computacional integrada é validada por comparação de soluções numéricas com resultados de experiências laboratoriais.