PROFUNDIDADE DE MISTURA ATINGIDA PELA ONDA SOB VENTOS SEVEROS NO RESERVATÓRIO DE SALTO CAXIAS

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1 PROFUNDIDADE DE MISTURA ATINGIDA PELA ONDA SOB VENTOS SEVEROS NO RESERVATÓRIO DE SALTO CAXIAS Macelo Maques 1 *; Fenando O. de Andade 2 ; Elane P. Aantes 3 ; Csthane M. P. Okawa 4 1 Unvesdade Estadual de Mangá, Umuaama, Paaná, Basl. mmaques@uem.b 2 Unvesdade Tecnológca Fedeal do Paaná, Cutba, Paaná, Basl, fandade@utfp.edu.b 3 Unvesdade Estadual de Mangá, Umuaama, Paaná, Basl, epaantes@uem.b 4 Unvesdade Estadual de Mangá, Mangá, Paaná, Basl, cmpokawa@uem.b Resumo: Este tabalho apesenta a smulação da dstbução espacal das ondas geadas pela ação de ventos seveos sobe o esevatóo da baagem de Salto Caxas, no o Iguaçu, estado do Paaná. Os ventos seveos foam estmados atavés da análse de fequênca egonal paa váas estações anemométcas do Insttuto Meteoológco do Paaná (SIMEPAR). As altuas de ondas foam estmadas pelo método paamétco SMB, que usa como dados de entada o fetch e a velocdade do vento. O método SMB fo aplcado pelo modelo computaconal ONDACAD, em estágo de valdação. A análse de fequênca egonal do vento consdeou os egstos hoáos das aadas meddas nas estações do SIMEPAR paa o peíodo de 1998 a Os testes estatístcos ndcaam que a dstbução de Wakeby fo a mas obusta paa as sées cutas de ventos hoáos máxmos anuas, poduzndo estmatvas de ventos seveos que vaaam ente 25,7 ms-1 (tempo de etono de T=10 anos) a 50,9 ms-1 (T=100 anos). Palavas-chave: onda, vento, esevatóo Tema: A utlzação das TIC na gestão de ecusos hídcos 1* Unvesdade Estadual de Mangá, Umuaama-PR, Basl, mmaques@uem.b 2 Unvesdade Tecnológca Fedeal do Paaná, Cutba-PR, Basl, fandade@utfp.edu.b 3 Unvesdade Estadual de Mangá, Umuaama-PR, Basl, epaantes@uem.b 4 Unvesdade Estadual de Mangá, Mangá-PR, Basl, cmpokawa@uem.b XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 1

2 Intodução As ondas geadas pela ação do vento, ao se popaga em águas contnentas como lagos e esevatóos, pomove a petubação da massa líquda umo ao fundo. O temo pofunddade de mstua é defndo como a pofunddade máxma petubada pela onda ao se popaga. Pelo pesente estudo esse conceto é aplcado ao esevatóo de Salto Caxas, o últmo dos esevatóos em cascata no o Iguaçu e dstante ceca de 400 qulômetos da captal Cutba, no estado do Paaná, sul do Basl. Possu 141 km 2 de supefíce, hm 3 de volume total e 3,31km de fetch máxmo, confome Maques et. al (2012). A pofunddade méda é de 25m. Fundamentação teóca e método A smulação da epesentação bdmensonal da pofunddade de mstua fo obtda paa ventos seveos elaconados a peíodos de etono de 10, 20, 50 e 100 anos. Os ventos seveos foam estmados atavés da análse de fequênca egonal de dados povenentes das estações anemométcas do Insttuto Meteoológco do Paaná (SIMEPAR). A análse consdeou os egstos hoáos das aadas meddas nas estações do SIMEPAR paa o peíodo de 1998 a Os testes estatístcos poduzam estmatvas de ventos seveos elaconados a peíodos de etono com as seguntes ntensdades: 25,7 ms -1 (peíodo de etono de 10 anos), 29,3 ms -1 (peíodo de etono de 20 anos), 38,2 ms -1 (peíodo de etono de 50 anos) a 50,9 ms -1 (peíodo de etono de 100 anos), confome mapas mostados pela Fgua 1. Detemnação dos ventos seveos Paa estma a magntude e fequênca dos vendavas no esevatóo de Salto Caxas, foam analsados dados de aadas povenentes de 26 estações meteoológcas do (SIMEPAR). Os dados de vento foam baseados no pocessamento das sées de vento hoáo de todas as estações meteoológcas do SIMEPAR de 1997 a Nestas estações, o vento hoáo é defndo como a méda dos dez egstos de vento meddos nos dez últmos segundos de cada hoa. Os anemômetos consttuem-se em equpamentos no modelo YOUNG , nstalados a dez metos de altua. O pecentual de falhas e dados espúos fo de 2,8%. Modelo INTERPLOT Po localza-se muto póxmo à dvsa com o estado do Paaná, decdu-se pela detemnação dos ventos seveos sobe o esevatóo em estudo atavés de um pocesso de ntepolação com base nos dados hstócos de ntensdade do vento povenente das Estações do SIMEPAR. Com vstas a automatza este pocesso fo concebdo um modelo computaconal denomnado INTERPLOT, dealzado com vstas a obte a dstbução dos ventos seveos sobe o esevatóo em estudo. O modelo fo concebdo de modo a fonece valoes ntemedáos de ntensdade e deção do vento, com base nos dados fonecdos po estações meteoológcas de localzação conhecda. O modelo assume as seguntes condções: (1) todas as estações estão localzadas a um mesmo nível e, potanto, os vetoes geados po ntepolação são coplanaes; (2) o efeto no vento, povocado pelo uso e ocupação do solo no local de nstalação da estação, é gualmente ntepolado. Os dados ecebdos são cogdos po questões de localzação da estação (se nstalada sobe a tea ou sobe a água), altua da estação (altua de efeênca de 10 m), vaação de tempeatua ente o a e o solo e condção atmosféca da camada lmte. A localzação da estação e a altua são elementos estátcos e ecebem um coefcente de coeção paa cada estação. A coeção pela vaação de tempeatua ente o a e o solo é automatcamente ealzada quando o egsto está pesente no aquvo de entada. Uma estutua esquemátca do módulo de coeção do aquvo é mostada pela Fgua 1. XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 2

3 Fgua 1 Fluxogama de auste do dado de vento O modelo INTERPLOT obtém o campo de vento paa as deções e, pependculaes ente s, atavés de ntepolação pelo método do nveso pondeado da dstânca, confome equação 1: XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 3

4 u n 1 n 1 u 1 u n 1 n 1 u 1 [1] No qual o valo ntepolado paa o nó do etculado (Z) é obtdo com base na dstânca (h) ente o nó da gade e Z; β é o expoente de pondeação e n o númeo de estações anemométcas envolvdas. O fluxogama esquemátco do pocesso de ntepolação é mostado pela Fgua 2. Fgua 2 Esquema de combnação ente os dados das estações na geação dos campos de vento após ntepolação Campos de vento Os dados de vento foam desctos e analsados po Gonçalves (2007), que pocessou as sées de vento hoáo povenente das estações meteoológcas do Sstema Meteoológco do Paaná (SIMEPAR) de 1997 a Nestas estações, o vento hoáo é defndo como a méda dos dez egstos de vento meddos nos dez últmos XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 4

5 segundos de cada hoa. Os anemômetos consttuem-se em equpamentos no modelo YOUNG , nstalados a dez metos de altua. O pecentual de falhas e dados espúos fo de 2,8%. Na geação da dstbução das ondas, as nfomações sobe ntensdade e deção do vento foam obtdas pela geação dos mapas temátcos epesentados pela Fguas 3 e 4. Os peíodos de etono são mostados pela Tabela 1. Fgua 3 Dstbução espacal da ntensdade do vento elaconada a peíodos de etono de 10 e 20 anos Fgua 4 Dstbução espacal da ntensdade do vento elaconada a peíodos de etono de 50 e 100 anos Tabela 1 Intensdade de vento hoáo seveo paa Salto Caxas T (anos) U (m/s) 25,7 29,3 38,2 50,9 As pofunddades são detemnadas com base em epesentações bdmensonas da supefíce do copo hídco, obtdas pela aplcação da técnca de smulação denomnada paamétca bdmensonal, desenvolvda po Maques (2013). Pela técnca, um campo de fetch é tansfomado em um campo de altua de ondas atavés da aplcação de uma equação paamétca. XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 5

6 Pela técnca de modelagem adotada, um campo de fetch é convetdo em um campo de pofunddade de mstua atavés de uma equação paamétca.obtda pela combnação da equação de compmento da onda, obtda da teoa lnea de ondas e da equação paamétca SMB, esultando na equação segunte: 2 2 0,25 4,52U 10 tanh 0, 077 gf pfm 2 g 10 U. (1) Segundo Betschnede (1966), o método efedo como SMB fo ncalmente poposto po Svedup & Munk (1947) e posteomente modfcado pelo auto, ecebendo as letas ncas do sobenome de seus dealzadoes. É atavés da equação anteo que o campo de fetch é tansfomado em um campo de pofunddade de mstua pela utlzação do modelo computaconal ONDACAD, pemtndo a geação de 16 mapas de pofunddade de mstua paa cada uma das quato condções de vento, totalzando 64 mapas. Paa efeto lustatvo foam seleconados os quato mapas na deção em que ocoe o mao fetch (Maques et. al, 2012), a deção Note, confome Fgua 1. Com base na mao pofunddade atngda pelas ondas, fo elaboada a Tabela 1. Fgua 5 Mapas de pofunddade de mstua paa a deção do mao fetch Tabela 2 Pofundade máxma atngda paa dfeentes deções e ntensdades do vento Deção E ENE NE NNE N NNW NW WNW W WSW SW SSW S SSE SE ESE T(anos) FETCH 2,2 2,3 2,7 2,62 3,3 2,94 2,9 2,83 2,7 2,57 2,5 2,64 2,5 2,6 2,5 2,5 25,7 10,0 10,4 11,1 11,0 12,3 11,6 11,5 11,4 11,1 10,9 10,8 11,0 10,7 11,0 10,8 10, ,3 11,4 11,8 12,7 12,6 14,1 13,3 13,1 13,0 12,7 12,4 12,3 12,6 12,3 12,6 12,3 12,3 20 U(m/s) 38,2 15,0 15,5 16,6 16,5 18,5 17,4 17,2 17,1 16,6 16,3 16,1 16,5 16,0 16,5 16,1 16, ,9 20,0 20,7 22,2 22,0 24,7 23,3 23,0 22,9 22,3 21,8 21,6 22,1 21,5 22,0 21,6 21,6 100 XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 6

7 Conclusões As pofunddades máxmas petubadas pela onda ao se popaga foam atngdas paa vento note, vaando de 12,3 a 24,7m paa as condções de vento adotadas. Consdeando que a pofunddade méda é de 25 m e que o vento que sopa na deção do mao fetch não atnge esta pofunddade, mesmo sopando com ntensdade de 50,9 ms -1, estma-se se bastante ncomum que as petubações geadas pela popagação da ondas atnam o fundo. Potanto, atavés dos esultados é possível constata que se tata de local no qual é ncomum a essuspensão de sedmentos devdo à ação de ondas. Um mpotante desdobamento que pode se empeenddo po tabalhos futuos é a ncopoação da batmeta do esevatóo no pocesso de modelagem de modo a pemt o mapeamento das tensões no fundo geadas pela onda ao se popaga. Refeêncas Betschnede, C. L. (1966). Wave geneaton by wnd, deep and shallow wate. In: A.T. Ippen (Edto), Estuay and Coastlne Hydodynamcs. McGaw-Hll, New Yok, 744 pp. Maques, M. Guette, Botolotto, A. B.; Andade, F. O.; Vtal, E. P.; Guette, A. K. Dstbução do fetch no esevatóo de Salto Caxas. In: III Smpóso Ambental da Unvesdade Tecnológca Fedeal do Paaná, Campo Mouão, Paaná, Basl, Maques, M.; Andade, F. O.; Guette, A. K.. Conceto do Campo de fetch e sua Aplcação ao esevatóo de Itapu. Revsta Baslea de Recusos Hídcos, v. 18, p , Svedup, H.U. & Munk, W.H. (1947). Wnd, sea and swell: Theoy of elatons fo foecastng. Publcaton 601, Hydogaphc Offce, U.S. Navy, 50 pp. XXI Smpóso Basleo de Recusos Hídcos 7