Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado (2010-2011)lhidro/MIEC_EA_20102011.pdf ·...

Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente do DEC-FCTUC

Mestrado Integrado em Engenharia Civil Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente

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Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado (2010-2011)

Índice

1. ABASTECIMENTO DE ÁGUA 2

2. APROVEITAMENTOS HIDRÁULICOS 9

3. CONTROLO DA POLUIÇÃO 11

4. DRENAGEM URBANA 17

5. ESTRUTURAS HIDRÁULICAS 25

6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL 30

7. HIDRÁULICA FLUVIAL E COSTEIRA 39

8. HIDROLOGIA 43

9. QUALIDADE DE ÁGUA 51

10. RECURSOS HÍDRICOS 52



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1. ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Título: Calibração de Modelos Hidráulicos em Sistemas de Abastecimento de Água. Orientação científica:

Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: O AWWA Research Committee on Water Distribution Systems descreve o processo de calibração como sendo: “A simulação de um sistema é considerada verificada quando as pressões calculadas estão satisfatoriamente próximas das leituras observadas em campo, para determinadas condições de fornecimento e armazenamento. É importante realçar que esta última definição refere a necessidade de proceder à calibração para diferentes cenários de funcionamento da rede (consumos, bombeamentos e armazenamento). Esta condição talvez seja uma das mais relevantes quando se procede a uma calibração. Suponha-se que se procedeu à calibração de um modelo utilizando um único cenário de comportamento do sistema real. Mesmo que essa calibração tenha sido bem sucedida, não há garantias de que esse modelo reproduza convenientemente o comportamento do sistema real face a cenários distintos daquele para qual foi calibrado. Ao calibrar um modelo com um único cenário, o ajuste incorrecto de alguns parâmetros pode eliminar os erros provocados por outros. Desta forma, pode-se ser conduzido a pensar que se está perante um modelo que reproduz fielmente o comportamento do sistema real, quando, na realidade, não passa de um mau modelo. Para evitar a ocorrência destas situações, a calibração deve realizar-se para o maior número possível de cenários, desde que se disponha de informação precisa para o fazer, e estes devem englobar uma grande diversidade de situações de operação do sistema. Para dar ênfase a este aspecto, Walski introduziu uma nova definição do conceito de calibração, a qual, por se julgar mais completa, se passa a apresentar: “Calibração de um modelo de distribuição de água é um processo realizado em dois passos consistindo em: (1) comparação de pressões e caudais previstos com pressões e caudais observados em condições de operação conhecidas (i.e., operação de bombas, níveis dos reservatórios, definições de controlo de válvulas redutoras de pressão); e (2) ajustamento dos dados introduzidos no modelo para melhorar a concordância entre os valores observados e os previstos. Um modelo considera-se calibrado para um conjunto de condições de operação e de consumo de água se conseguir prever pressões e caudais com razoável precisão. A calibração para um conjunto de condições de operação e de consumo de água não implica necessariamente calibração em geral, se bem que a confiança na precisão dos resultados do modelo deva aumentar com o aumento do número de condições para as quais o modelo é calibrado”. Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais e pressões). - Implementação e/ou exploração de estruturas computacionais para modelação dos processos

envolvidos.

Calendarização:

FASE ACÇÃO 1º 2º 3º 4º 5º 1 Recolha e análise de bibliografia 2 Trabalho laboratorial e de campo 3 Trabalho de modelação numérica 4 Redacção final do trabalho



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Título: Modelação Hidráulica em Regime Variável de Escoamentos sob Pressão. Orientação científica:

Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivo: A adequada concepção e funcionalidade dos sistemas de distribuição e de utilização de água, de forma a viabilizar a sua exploração segura e eficaz, só é actualmente possível com o recurso à modelação computacional dos diferentes tipos de escoamentos que podem ocorrer nesses sistemas. Numa perspectiva “conservadora” a modelação hidráulica dos escoamentos nos sistemas de distribuição de água, tem, na maioria das situações, sido considerada condições de regimes permanentes ou quasi-permanentes, dado que a modelação em regime variável, além de mais complexa, se torna muito mais exigente em termos de esforço computacional, tanto no respeitante ao tempo necessário à execução do cálculo como ainda relativamente à memória requerida. No entanto, uma vez que a modelação dos escoamentos em regime dinâmico se aproxima mais da realidade física dos escoamentos, além de por vezes se tornar essencial a sua utilização, no presente trabalho pretende dar-se um contributo para fazer face a alguns inconvenientes que apresentam os modelos dinâmicos, mormente o Método das Características (MOC). Nesta conformidade pretende-se criar e implementar uma estrutura de cálculo computacional, ajustando o referido Método da Características, de modo a conseguir com o mesmo, tempos de cálculo e necessidades de memória computacional mais baixas, sem que no entanto seja colocado em causa o rigor das soluções a alcançar. Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais e pressões). - Implementação e/ou exploração de estruturas computacionais para modelação dos processos

envolvidos. Calendarização:

FASE ACÇÃO1º 2º 3º 4º 5º

1 Recolha e análise de bibliografia2 Trabalho laboratorial e de campo3 Trabalho de modelação numérica4 Redacção final do trabalho



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Título: Critérios de Dimensionamento e Modelação Matemática de Ventosas em Sistemas Adutores Orientação científica:

Prof. José Manuel Abreu Assunto e objectivos: Para evitar os numerosos problemas derivados da presença de ar nas instalações é pratica habitual a colocação de ventosas. A perigosidade do ar libertado nas condutas é posta em evidência pelo facto deste ser um gás altamente compressível capaz de absorver a energia cinética de uma massa de água em movimento e transforma-la em trabalho de compressão. As ventosas são dispositivos de funcionamento automático usualmente utilizadas em sistemas adutores com dois objectivos fundamentais: a ventilação do sistema e como dispositivo de protecção contra o golpe de aríete.

O dimensionamento e a selecção das ventosas deverá realizar-se com grande precaução, de forma a evitar problemas no respectivo funcionamento. Em geral, interessa uma admissão de ar o mais rápida possível para limitar as depressões e uma expulsão lenta e controlada (velocidades elevadas de expulsão do ar poderão ocasionar uma sobrepressão significativa aquando do fechamento da ventosa). Em conformidade, os coeficientes de admissão e expulsão, assim como as dimensões das ventosas, devem ser optimizados tanto sob a perspectiva das necessidades funcionais da instalação como do intervalo de pressões que a conduta possa suportar.

O objectivo principal do trabalho é desenvolver um modelo computacional capaz de simular o comportamento operacional das ventosas instaladas em condutas adutoras, baseado na analogia de um reservatório de ar comprimido (RAC) com um orifício. Pretende-se que a exploração sistemática do modelo computacional possibilite a proposta de recomendações a seguir na concepção e dimensionamento destes órgãos hidromecânicos.

Trabalhos envolvidos:

- Recolher informação sobre caracterização estática e dinâmica de ventosas e analisar os vários modelos matemáticos utilizados para simulação do respectivo funcionamento.

- Implementação de um modelo computacional para a resolução do problema descrito.

Elementos bibliográficos a consultar: FUERTES, V., “Transitorios Hidráulicos con Aire Atrapado”, Tese de Doutoramento. Universidade Politécnica

de Valência, Espanha, 2001. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha e análise de bibliografia

2 Estudo e análise comparativa dos modelos matemáticos de simulação existentes

3 Implementação do modelo computacional

4 Redacção final do trabalho



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Título: Selecção e dimensionamento de dispositivos de protecção em condutas elevatórias Orientação científica:

Prof. José Manuel Abreu Assunto e objectivos: O critério de menor custo (modelos estático ou quase-estático) conduz, em geral, a condutas elevatórias com velocidades de circulação elevadas as quais agravam potencialmente os riscos de acidentes durante a exploração devido aos transitórios hidráulicos (golpe de aríete), originados como consequência das paragens de bombas. Os modelos de simulação elásticos devem ser utilizados para evitar, sempre que possível, os efeitos negativos do golpe de aríete (modificando o diâmetro ou traçado das condutas, reduzindo o valor da velocidade em escoamento permanente, etc.) e, apenas posteriormente, se deverá passar à fase de protecção com dispositivos adicionais. Nos casos em que tal se revele indispensável, os sistemas de protecção devem ser cuidadosamente estudados e analisados de forma a proporcionar fiabilidade na operação.

O trabalho proposto consiste, numa primeira fase, em efectuar uma revisão e síntese das principais técnicas de protecção contra o golpe de aríete e dos critérios básicos para a selecção de dispositivos especiais de protecção. Esta análise deverá permitir propor, com base em parâmetros adimensionais, critérios orientativos conducentes à escolha do dispositivo de protecção primário a utilizar no caso de sistemas simples. Frequentemente, haverá que comparar, do ponto de vista económico, mais que uma solução. A segunda parte do trabalho consiste em elaborar um modelo computacional que oriente o projectista na escolha da melhor solução permitindo uma fácil análise de diferentes cenários e simultaneamente disponibilizando as funções indispensáveis para quantificar os benefícios e os custos associados a cada alternativa considerada. Trabalhos envolvidos:

- Revisão e síntese das principais técnicas de protecção contra o golpe de aríete e dos critérios básicos para a selecção de dispositivos especiais de protecção.


Elementos bibliográficos a consultar: ALMEIDA, A.B., “Manual de Protecção contra o Golpe de Aríete em Condutas Elevatórias ”, LNEC, Lisboa, 1982. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Estudo e análise comparativa dos modelos matemáticos de simulação existentes

3 Implementação do modelo computacional




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Título: Utilização de modelos dinâmicos no dimensionamento de sistemas adutores Orientação científica:

Prof. José Manuel Abreu e Prof. José Lopes de Almeida Assunto e objectivos: Em sistemas de adução complexos com múltiplos reservatórios, comuns em grandes aduções multimunicipais e/ou regionais de abastecimento de água, o dimensionamento dos elementos que intervêm na sua regulação (capacidade dos reservatórios, número e capacidade nominal das bombas) não é exequível sem a utilização de modelos dinâmicos. O aparecimento de programas de simulação dinâmica em período estendido nos anos 80, permitindo simular as variações dos consumos bem como representar matematicamente o comportamento temporal de bombas, reservatórios e válvulas de controle, melhorou consideravelmente as possibilidades para dimensionar redes complexas, bem como fortaleceu o conceito de simulação como uma ferramenta para a gestão diária dos sistemas de distribuição. Estes modelos, para além das equações de equilíbrio hidráulico, possuem também um conjunto de equações diferenciais em ordem ao tempo – modelo de parâmetros concentrados – que permitem descrever a evolução dos volumes de água armazenados e as variações de estado do equipamento electro-mecânico; permitem igualmente incluir regras de operação em função dos consumos, pressões ou dos níveis de água nos reservatórios. No entanto, é necessário não apenas garantir uma adequada operação do sistema como também a sua segurança e fiabilidade. Para escoamentos transitórios muito rápidos torna-se necessário utilizar uma aproximação mediante um modelo de parâmetros distribuídos ou modelo elástico (golpe de aríete).

O objectivo principal do presente trabalho é de através da utilização de modelos computacionais do tipo dinâmico, melhorar a capacidade de apoio às decisões do engenheiro projectista ao longo das diferentes fases de estudo e decisão do projecto de sistemas de transporte (adução) de água para abastecimento, ou seja, nas fases de concepção, dimensionamento e verificação do funcionamento hidráulico, tendo em consideração a interligação e a interacção dos diferentes componentes do sistema.


- Estudo dos principais modelos de simulação dinâmica utilizados em escoamentos em pressão e análise dos respectivos domínios de aplicação.

- Implementação de um modelo computacional, interligando os anteriores modelos de simulação com modelos de optimização simples, de forma a permitir uma análise global do problema.

Elementos bibliográficos a consultar: RAMOS, L., “Contribuição para o Dimensionamento Hidráulico de Sistemas Adutores”, Dissertação de

Mestrado, DEC, Universidade de Coimbra, 2005. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Recolha e análise de bibliografia 2 Estudo e análise comparativa dos modelos

matemáticos de simulação existentes

3 Implementação do modelo computacional 4 Redacção final do trabalho



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Título: ANÁLISE ENERGÉTICA DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: A cidade de Coimbra é um bom exemplo de uma cidade que apresenta uma configuração topográfica bastante acidentada. Consequentemente, as cotas de entrega da água aos consumidores vão situar-se dentro de uma ampla gama de valores. Dado que a captação se localiza junto à cidade no sub-leito do rio Mondego, toda a água aduzida e distribuída pela empresa municipal AC - Águas de Coimbra tem de ser mobilizada recorrendo a grupos moto-bomba alimentados electricamente. Do ponto de vista da rede de distribuição, o arranque dos grupos elevatórios vai ser bastante condicionado pelos padrões de consumo e pela capacidade de armazenamento dos reservatórios, não descurando obviamente as características hidráulicas do sistema em que se inserem. O problema apresenta portanto à partida uma globalidade considerável. No entanto, no presente trabalho, propõe-se uma análise parcelar de um sistema de abastecimento de água, visando identificar sub-sistemas de menor complexidade que possam ser analisadas de forma independente. Para esses sub-sistemas será desenvolvida uma optimização da exploração visando determinar as políticas de exploração que minimizam os gastos/encargos energéticos. No final será efectuada uma comparação com o modo de exploração actualmente em uso na rede, de modo a avaliar os potenciais ganhos energéticos envolvidos e a viabilidade técnica da sua implementação. Trabalhos envolvidos:

a) Revisão e análise da bibliografia relativa à optimização da exploração de estações elevatórias de sistemas de abastecimento de água.

b) Análise detalhada de um sistema de abastecimento de água, determinação e análise crítica da intensidade energética da água fornecida pelo sistema e identificação dos sub-sistemas que vão ser objecto de análise.

c) Desenvolvimento e implementação de um modelo computacional visando optimizar a exploração das estações elevatórias desses sub-sistemas.

d) Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação. Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, AC - ÁGUAS DE COIMBRA.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: European Commission, “Study on improving the energy efficiency of pumps”, February 2001, AEAT-6559/ v 5.1 Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 a) 2 b) 3 c)

4 c)



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Título: Avaliação do desempenho para apoio à gestão de emergências em serviços urbanos de água TEMA EM QUE SE INSERE: abastecimento de água/ drenagem urbana Orientação:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Inv. Maria Adriana Cardoso (LNEC) Enquadramento: SIMAI 2010 Descrição/Assunto e objectivos: Os serviços urbanos de água, nomeadamente de abastecimento de água e de gestão de águas residuais, são fundamentais ao bem-estar e à saúde pública das populações. Estes serviços devem ser prestados de forma sustentável sendo, para tal, essencial que a sua gestão seja feita de forma eficaz e preservando o ambiente. Por estas razões, para além do fornecimento do serviço em condições adequadas, as entidades gestoras destes serviços devem ter a preocupação de, através de uma adequada gestão e planeamento, garantir o fornecimento do serviço em situações de emergência (ISO 24510, ISO 24511, ISO 24512). O objectivo do presente trabalho é desenvolver um sistema de avaliação de desempenho que permita apoiar o planeamento da gestão de emergências em serviços urbanos de água, quantificando a sua eficácia e eficiência. Este sistema permitirá complementar sistemas de avaliação já existentes, relativamente ao planeamento de situações de emergência. No âmbito do trabalho devem ser:

• caracterizados os serviços urbanos de água (abastecimento de água e gestão de águas residuais),

• identificados e caracterizados os cenários de acidentes e os procedimentos para a sua avaliação e classificação,

• identificados os procedimentos potenciais a incluir no plano de emergência, • identificados os condicionalismos e restrições (por ex. recursos humanos, técnicos,

financeiros), • estudados os sistemas de avaliação do desempenho já existentes e identificadas as

necessidade e lacunas relativamente a este tema, • desenvolvido o sistema de avaliação do desempenho através da definição indicadores que

permitam quantificar a eficácia e eficiência do planeamento da gestão de emergências em serviços urbanos de água,

• testar o sistema desenvolvido com aplicação a um caso de estudo (com eventual recurso à modelação matemática).

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC e LNEC.



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2. APROVEITAMENTOS HIDRÁULICOS

Título: SIMULAÇÃO DA GESTÃO DE APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS DE FINS MÚLTIPLOS Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida Assunto e objectivos: Na análise da gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos é de grande utilidade dispor da possibilidade de simular o seu comportamento hidráulico durante o período de exploração, por exemplo, para estimar a sua valia energética ou o seu comportamento em situações de cheia. Esta simulação pode ser desenvolvida com o recurso a modelos computacionais que incorporam, entre outras, as restrições físicas (curva de volumes armazenados na albufeira, características dos descarregadores, das turbinas ou dos grupos reversíveis), as restrições que traduzem o mecanismo de valorização da energia produzida, as restrições relativas ao uso da água e um conjunto de regras, a definir pelo utilizador, que constituem o algoritmo de gestão do empreendimento. Nesta perspectiva, propõe-se o desenvolvimento de um modelo computacional desenhado para simular a gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos com contra-embalse e grupos reversíveis, do tipo dos escalões Aguieira-Raiva. Trabalhos envolvidos:

- Revisão e análise crítica dos principais modelos de simulação da gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos.

- Análise e determinação dos aspectos envolvidos na situação específica para a qual se pretende desenvolver o modelo de simulação.

- Desenvolvimento, implementação e aplicação de um modelo computacional incorporando uma contribuição específica para simulação da gestão de um aproveitamento hidroeléctrico de fins múltiplos.

- Análise dos resultados e conclusões.

Elementos bibliográficos a consultar: FERREIRA, E., “Explodia: Um modelo de simulação da exploração diária de pequenas centrais hidroeléctricas”, Dissertação de Mestrado, IST, 1997. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Revisão e análise crítica da bibliografia. 2 Análise e tipificação da situação a simular. 3 Desenvolvimento, implementação e

aplicação do modelo computacional. Análise dos resultados.

4 Redacção final da dissertação.



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Título: DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO COMPUTACIONAL PARA A SIMULAÇÃO DA EXPLORAÇÃO DO AÇUDE-PONTE DE COIMBRA EQUIPADO COM GRUPOS TURBO-GERADORES Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: A Câmara Municipal de Coimbra participa no projecto CIVITAS MODERN (MObility, Development and Energy use ReductioN) promovido e financiado pela União Europeia, o qual pretende tornar os SMTUC auto-suficientes em termos da alimentação da rede eléctrica de tracção, recorrendo à produção autónoma de energia renovável através de uma central mini-hídrica a instalar no açude ponte de Coimbra. Nesse âmbito é necessário estudar a viabilidade técnico-económica e hidráulico-operacional da instalação do equipamento de turbo-geração, levando em conta as condicionantes resultantes das ocupações do leito, principalmente na zona urbana, e atendendo ainda à projectada nova escada de peixe. O trabalho proposto consiste no desenvolvimento de um modelo computacional que permita simular a exploração desta infra-estrutura considerando diversas configurações do equipamento turbo-gerador e diversas condições hidrológicas e operacionais. Trabalhos envolvidos:

- Revisão e análise crítica dos principais modelos de simulação da gestão de aproveitamentos hidroeléctricos de fins múltiplos.

- Revisão e análise crítica do estado da tecnologia de grupos turbo-geradores para aproveitamentos hidroeléctricos de queda ultra-baixa.

- Análise e determinação das condicionantes envolvidas na situação específica para a qual se pretende desenvolver o modelo de simulação.

- Desenvolvimento, implementação e aplicação de um modelo computacional de simulação. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, ABRH-C, INAG, SMTUC, CMC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Costa, S. - “ OPTIMIZAÇÃO DA EXPLORAÇÃO DE PEQUENOS APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS COM REGULARIZAÇÃO DIÁRIA”, Tese de Mestrado, IST, 1996. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Revisão e análise crítica da bibliografia. 2 Análise e tipificação da situação a simular. 3 Desenvolvimento, implementação e

aplicação do modelo computacional. Análise dos resultados e conclusões.




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3. CONTROLO DA POLUIÇÃO

Título: Transporte de sedimentos e poluentes pelo escoamento superficial e pelo sistema de drenagem de águas pluviais em zonas urbanas Orientação científica:

Prof. João Pedroso de Lima

Prof. José Manuel Abreu Assunto e objectivos: O escoamento superficial em zonas urbanas contribui significativamente para o problema da qualidade da água em muitas bacias hidrográficas. Nas zonas urbanas o escoamento superficial lava as superfícies impermeabilizadas (e.g. pavimentos, arruamentos, telhados). É importante conhecer a dinâmica do transporte destas substâncias no escoamento superficial. Esses transportes afectam a qualidade das águas a jusante, podendo constituir uma fonte de poluição e afectar os ecossistemas. Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL). Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de laboratório e de campo utilizando um simulador de chuva em várias superfícies (e.g. asfalto, calçada à portuguesa, terra batida). O transporte de sedimentos e de poluentes será comparado para diversas situações.

- Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório e de campo servirão para confirmar os resultados numéricos.

Elementos bibliográficos a consultar: Lima, J. L. M. P. de, V. P. Singh and M. I. P. de Lima, 2003. The influence of storm movement on water erosion: Storm direction and velocity effects. CATENA, Elsevier, 52, 39-56. Calendarização:

FASE ACÇÃO Meses 1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha e análise de bibliografia 2 Trabalho laboratorial 3 Trabalho se modelação numérica 4 Redacção final do trabalho



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Título: CONTRIBUIÇÃO PARA A CARACTERIZAÇÃO IN SITU DE PARÂMETROS FÍSICO-QUÍMICOS DA QUALIDADE DA ÁGUA DO RIO MONDEGO

Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques

Assunto e objectivos: O rio Mondego é o quinto maior rio peninsular e o maior rio com bacia hidrográfica integralmente contida em território português. Ao longo do seu curso as águas do Mondego abastecem diversas populações e indústrias, accionam turbinas de centrais hidroeléctricas, propiciam diversas actividades desportivas e recreativas, para além de irrigarem extensas áreas agrícolas. As águas do Mondego são também o meio receptor da maioria das ETAR da sua bacia hidrográfica, bem como o local de destino dos lixiviados resultantes da actividade agrícola. Por todos estes motivos é por demais evidente a necessidade de acompanhar a medição dos mais expressivos parâmetros físico-químicos da qualidade da água do rio Mondego. Neste trabalho propõe-se uma medição “in situ” de diversos parâmetros físico-químicos da qualidade da água através de uma sonda multiparamétrica cuja utilização será precedida de um curso de formação junto do fornecedor. Após a prévia calibração dos sensores da sonda, estando nesse âmbito previsto o apoio laboratorial da empresa municipal Águas do Mondego, procurar-se-ão efectuar medições que permitam verificar se existem alterações significativas da qualidade da água nas seguintes zonas em alternativa:

- zona imediatamente a montante do final do regolfo da barragem da Aguieira versus zona da albufeira junto à barragem da Aguieira;

- zona junto à captação do sistema de abastecimento de água à cidade de Coimbra versus local de rejeição do sistema de tratamento de água da cidade de Coimbra.

Trabalhos envolvidos: - Revisão e análise da bibliografia relativa à caracterização físico-química da qualidade da água, em

particular no rio Mondego, bem como das tecnologias das medições “in situ” adoptadas; - Determinação dos locais de amostragem a adoptar e estabelecimento do protocolo de medição a

implementar. - Deslocação periódica aos locais, recolha e tratamento dos dados. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, AC - ÁGUAS DE COIMBRA, CMC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Anna Lourantou, Jean-Pierre Thomé, Anne Goffart - “Water quality assessment of a recently refilled reservoir: The case of Bütgenbach Reservoir, Belgium” Lakes & Reservoirs: Research & Management, Volume 12, Issue 4 , Pages 261 - 274 .

Calendarização: FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º1 Revisão e análise da bibliografia. 2 Determinação dos locais de amostragem a adoptar e

estabelecimento do protocolo de medição a implementar.

3 Deslocação periódica aos locais, recolha, tratamento e análise dos dados.




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Título: Reutilização de águas residuais comunitárias tratadas versus outras origens alternativas. Análise dos aspectos económicos, ambientais, de qualidade dos efluentes e factores de risco. Orientação científica:

Prof. António Freire Diogo Assunto e objectivos: Existe actualmente uma preocupante carência de recursos hídricos em muitas regiões habitadas do globo, que se prevê possa vir a ser substancialmente agravada em extensão e severidade na sequência das recentes alterações climáticas à escala planetária. Os progressivos desenvolvimentos conseguidos no domínio da depuração e controlo de qualidade de águas residuais comunitárias sujeitas a tratamento, torna a sua reutilização em muitas áreas, em particular na irrigação de espaços verdes ou agrícolas e no reforço de reservas existentes, através, por exemplo, da recarga de aquíferos subterrâneos, como uma solução que poderá ser, não só segura e favorável do ponto de vista económico, como extremamente interessante em termos ambientais. Com a utilização deste recurso reciclado, torna-se possível compatibilizar a necessidade de tratamento de águas residuais comunitárias, praticamente indispensável ao controlo dos níveis de poluição nos meios receptores, a satisfação dos requisitos de volumes de água e de caudais para os fins pretendidos, e o reaproveitamento de um bem essencial à vida, permitindo uma melhor gestão dos recursos hídricos disponíveis. Pretende-se efectuar um estudo sobre os diversos aspectos relacionados com a problemática da reutilização de águas residuais comunitárias, particularmente em termos económicos, através de uma análise dos actuais custos associados a diversos tipos e níveis de tratamento, em oposição aos custos de investimento e exploração de outras origens alternativas em regiões carenciadas, nomeadamente por dessalinização de água captada no mar. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil/Engenharia do Ambiente. Eventual possibilidade de participação em possível futuro projecto internacional. Trabalhos envolvidos:

- Estudo dos diversos aspectos relacionados com a reutilização de águas residuais comunitárias tratadas em diferentes aplicações.

- Análise de custos e perspectivas de evolução de diferentes tipos e níveis de tratamento de águas residuais comunitárias e análise de custos associados a outras origens alternativas em regiões deficitárias.

Elementos bibliográficos a consultar: Monte, M. H. (2008), “A reutilização de águas residuais tratadas e a gestão sustentável dos recursos hídricos”, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Setembro 2008. Diogo, A.F. e Oliveira, A.L. (2008), “Sistemas de drenagem e reutilização de águas residuais comunitárias da Zona Sudoeste do Município da Praia, Cabo Verde, um caso de estudo”, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Setembro 2008. Calendarização (5 meses): Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Trabalho de síntese, sistematização e análise dos diversos aspectos envolvidos na reutilização de águas residuais comunitárias tratadas.

3 Soluções alternativas e análise de custos.




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Título: Análise do custo de ciclo de vida de tecnologias de tratamento de águas residuais urbanas Orientação científica:

Prof. Pedro Tavares Assunto e objectivos: O aumento das preocupações em relação ao meio ambiente e as limitações cada vez mais restritivas relativamente à qualidade das águas receptoras levam a que os sistemas de tratamento de águas residuais tenham um papel fundamental, na realidade actual, a nível mundial. Em Portugal, a situação do saneamento básico, nomeadamente a nível do tratamento e drenagem de águas residuais, tem sido historicamente caracterizada, em termos de população servida, por um claro atraso relativamente à média da União Europeia. Nos próximos anos prevê-se, com os objectivos definidos no Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais para o período 2007-2013, PEAASAR II, e ainda tendo em consideração o acréscimo de exigências a nível de tratamento, um aumento substancial dos sistemas de tratamento de águas residuais. Uma estimativa adequada de custos é então de capital importância, sendo fortemente influenciada pelos condicionalismos específicos dos sistemas onde se inserem. Com este estudo pretende-se, através de um software adequado (desenvolvido para a U.S.EPA, United States Environmental Protection Agency), avaliar o custo de ciclo de vida de diversas tecnologias de tratamento de águas residuais urbanas para diferentes exigências de qualidade do efluente tratado. Na avaliação do custo de ciclo de vida ter-se-ão em consideração os custos de investimento (custo inicial para implantação do sistema de tratamento a adoptar) e os custos de operação e manutenção (custos resultantes da exploração dos sistemas de tratamento adoptados. Este trabalho visa a construção de uma base de dados adequada à realidade portuguesa (sendo para isso necessário uma exaustiva recolha de informação a partir de diversas entidades responsáveis pela instalação e exploração de ETAR, bem como de empresas da especialidade em vários domínios nomeadamente, construção civil, equipamentos para o tratamento das águas residuais, produtos químicos, análises, energia eléctrica), uma definição de sistemas de tratamento para diferentes níveis de exigência em termos de qualidade do efluente final e ainda uma avaliação comparativa, quer em termos técnicos quer económicos, das tecnologias de tratamento adoptadas. Trabalhos envolvidos:

- Enquadramento do tema - Utilização de uma ferramenta de cálculo (CapdetWorks) - Recolha dos elementos necessários para a construção de uma base de dados - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação. -

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, CTGA Elementos bibliográficos a consultar: Hydromantis, Inc. (2007), CapdetWorks – User´s Guide, USA Calendarização:


1 Recolha e análise de bibliografia 2 Construção duma base de dados 3 Análise dos resultados obtidos 4 Redacção final do trabalho



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Título: Análise dos custos de exploração em ETAR de pequena e média dimensão Orientação científica:

Prof. Pedro Tavares Assunto e objectivos: O aumento das preocupações em relação ao meio ambiente e as limitações cada vez mais restritivas relativamente à qualidade das águas receptoras levam a que os sistemas de tratamento de águas residuais tenham um papel fundamental, na realidade actual, a nível mundial. Em Portugal, a situação do saneamento básico, nomeadamente a nível do tratamento e drenagem de águas residuais, tem sido historicamente caracterizada, em termos de população servida, por um claro atraso relativamente à média da União Europeia. Nos próximos anos prevê-se, com os objectivos definidos no Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais para o período 2007-2013, PEAASAR II, e ainda tendo em consideração o acréscimo de exigências a nível de tratamento, um aumento substancial dos sistemas de tratamento de águas residuais. Pelo quadro legal das décadas de 70/80 foram atribuídas às autarquias várias responsabilidades nas quais se salientavam, o saneamento básico e a defesa e protecção do meio ambiente. Muitos municípios desenvolveram e instituíram serviços municipalizados com o objectivo de gerirem o abastecimento de água municipal, vindo a estender os serviços aos sectores de águas residuais e resíduos sólidos. Com o quadro legal actual é possível aos privados intervirem na gestão daqueles serviços, quer por concessão quer por prestação de serviços em termos de exploração de ETAR. Daí que se assuma com cada vez maior importância uma estimativa adequada dos custos de exploração ao longo do ciclo de vida de uma ETAR. Com este estudo pretende-se avaliar os custos de exploração de diferentes tecnologias de tratamento de águas residuais urbanas durante o ciclo de vida de uma ETAR. Os custos de exploração (englobam os custos de operação e manutenção) incluem os custos energéticos, encargos com os reagentes e consumíveis a utilizar na prestação de serviços, incluindo os de laboratório, encargos com o transporte dos subprodutos resultantes das várias operações a destino final, custos associados à equipa técnica de exploração, conservação e manutenção das instalações, custos relativos à água consumida da rede pública, incluindo as taxas de resíduos sólidos e de saneamento, custos de peças de reserva e todos os restantes materiais necessários à manutenção dos equipamentos e instalações, custos relativos ao serviço de segurança e vigilância das instalações que, em caso de necessidade, poderá ser subcontratado a terceiros, encargos relativos a materiais e produtos de higiene e conforto, designadamente os necessários à limpeza das instalações, entre outros. Trabalhos envolvidos:

- Enquadramento do tema - Recolha da informação necessária através do acompanhamento de várias ETAR em exploração - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, CTGA Calendarização:


1 Recolha e análise de bibliografia 2 Acompanhamento da exploração de ETAR 3 Análise dos resultados obtidos 4 Redacção final do trabalho



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Título: Optimização de sistemas de saneamento com reutilização de águas residuais tratadas. Orientação científica:

Prof. António Freire Diogo Assunto e objectivos: No vasto campo da optimização de sistemas urbanos de drenagem de águas residuais comunitárias e pluviais, é possível observar um significativo esforço de investigação que foi desenvolvido ao longo dos últimos 40 anos, cobrindo diversos aspectos da modelação dos sistemas, com o objectivo da racionalização de recursos. Pretendem-se, em geral, determinar condições adequadas de funcionamento hidráulico-sanitário dos sistemas com minimização dos custos totais de primeiro investimento e de exploração. Relativamente às redes separativas de drenagem de águas residuais comunitárias, os efluentes são normalmente submetidos a tratamento na extremidade de jusante antes da sua restituição ao meio natural. Em trabalhos de investigação anteriores, foram desenvolvidos modelos de implantação e de optimização em perfil que permitem a selecção óptima do traçado em planta e dimensionamento em perfil dos sistemas, a selecção do número e localização óptima de estações elevatórias e a selecção do número e localização óptima de estações de tratamento de águas residuais, definindo as bacias naturais ou artificiais drenadas (Diogo, 1996, Diogo et al, 2000, Diogo e Graveto, 2006). Os modelos desenvolvidos são conceptualmente gerais e aplicáveis a qualquer sistema ou área considerada, independentemente da sua dimensão, à excepção do modelo determinístico de implantação que está limitado, no caso de grandes sistemas, em tempo de cálculo requerido, pelos meios computacionais actualmente existentes ou que possam ser disponibilizados. As estações de tratamento e/ou restituição ao meio natural são o destino final dos efluentes nas modelações efectuadas. No presente trabalho de investigação, pretendem-se estender e aplicar os modelos de implantação anteriormente propostos (isto é algoritmo genético, recozimento simulado e, eventualmente, determinístico) à possibilidade de reutilização de águas residuais comunitárias tratadas para irrigação, armazenamento ou outros fins em áreas ou pontos seleccionados e com requisitos de caudais. Os modelos deverão pois ser capazes de incorporar no processo global de decisão o transporte de águas residuais tratadas a partir das ETARs para pontos ou áreas com requisitos de caudais. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil/ Engenharia do Ambiente. Trabalhos envolvidos:

- Análise de bibliografia e de modelos de implantação existentes. - Desenvolvimento e aplicação de modelos de implantação de modo a possibilitar o fornecimento de água residual

tratada em zonas com requisitos de caudais reciclados.

Elementos bibliográficos a consultar: Diogo, A. F. – Optimização Tridimensional de Sistemas Urbanos de Drenagem, Dissertação de Doutoramento, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra, Coimbra, 1996. Diogo, A. F.; Walters, G. A.; Sousa, E. R.; Graveto, V. M. – Three-Dimensional Optimization of Urban Drainage Systems, Journal of Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 15(6), 2000, p. 409-426. Diogo, A. F. and Graveto, V. M. – Optimal Layout of Sewer Systems: A Deterministic Versus a Stochastic Model, Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 132, No. 9, September 2006, p. 927-943. Diogo, A. F. (2002 e 2004), “Apontamentos de Projecto e Gestão de Sistemas de Saneamento”, FCTUC. Diogo, A.F. e Oliveira, A.L. (2008), “Sistemas de drenagem e reutilização de águas residuais comunitárias da Zona Sudoeste do Município da Praia, Cabo Verde, um caso de estudo”, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Setembro 2008. Calendarização (5 meses): Início – Set. 2010/Fev. 2011. Data de entrega da dissertação – Jan. 2011/Julho2011.

FASE ACÇÃO 1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Análise de modelos de implantação anteriormente desenvolvidos

3 Extensão, desenvolvimento e aplicação dos modelos




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4. DRENAGEM URBANA

Título: Modelação física à escala 1:100 da drenagem de águas pluviais em meio urbano com elevada densidade de construção Orientação científica:

Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: A forma como a construção em altura influencia a resposta dos sistemas urbanos de drenagem de águas pluviais à acção combinada do vento e da chuva não é bem conhecida, pelo que se torna relevante o aprofundar dos conhecimentos neste domínio. O estudo tem como base a modelação física em laboratório do processo de precipitação-escoamento em áreas de elevada densidade de construção em altura (zonas de downtown). Foi construído um modelo físico, à escala 1:100, representativo de uma zona urbana de forma quadrada com 200 m de lado e de elevada densidade de construção, que permite a colocação de elementos paralelipipédicos representativos de edifícios de médio a grande porte (aproximadamente 20 pisos). Pode utilizar-se um simulador de chuva (aspersor) montado numa estrutura móvel dotada de motorização eléctrica e que corre sobre carris, o que permitiu reproduzir o movimento da chuvada, ao longo de um eixo, simulando assim o deslocamento de uma célula de chuva. Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL). Trabalhos envolvidos:

- Execução de ensaios laboratoriais que permitam simular a resposta do sistema de drenagem superficial para diferentes cenários: chuva estática, com e sem edifícios; chuva móvel no sentidos da linha de maior declive (linha de drenagem) e no sentido oposto, com e sem edifícios.

- Análise dos resultados dos trabalhos de laboratório.


FASE ACÇÃO Meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Trabalho laboratorial e de campo

3 Tratamento da informação




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Título: PROGRAMAÇÃO EM VBA DO MÉTODO RACIONAL MELHORADO PARA O CÁLCULO DE HIDROGRAMAS DE CHEIA Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro Assunto e objectivos: Com este trabalho, pretende-se desenvolver uma aplicação no Microsoft Office Excel 2007, que permita modelar uma bacia hidrográfica de pequena ou média dimensão através de um método baseado no Método Racional. O novo método recorre à definição matricial da bacia hidrográfica. O mestrando irá começar por rever a literatura de modelos de transformação precipitação-escoamento. De seguida irá criar uma ferramenta de geração de matrizes dos vários parâmetros necessários ao Método Racional Melhorado. Após que desenvolverá (linguagem de programação: VBA) um modelo capaz de gerar hidrogramas de escoamento em função de uma dada precipitação. Por último o mestrando discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica dos diferentes modelos de transformação precipitação-escoamento; - Ferramenta de geração de matrizes; - Desenvolvimento e aplicação do modelo desenvolvido num caso experimental; - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Applied Hydrology (Chow). Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 1 Revisão e análise crítica da bibliografia.

2 Ferramenta da geração de matrizes.

3 Desenvolvimento e aplicação do modelo.




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Título/ Tema: Avaliação de custos de operação e exploração de infraestruturas de sistemas de drenagem urbana Orientação:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Inv. Luís Mesquita David (LNEC) Enquadramento: Trabalhos por contracto Tipo de tese: maioritariamente computacional Descrição/Assunto e objectivos: Os sistemas de drenagem urbana estão sujeitos a diferentes solicitações quer do ponto de vista da quantidade (diferentes eventos de precipitação), quer da qualidade da água dos meios hídricos que podem ser significativamente alterados pela ocupação urbana. A legislação ambiental força as entidades gestoras a um controlo e actividades de exploração e manutenção cuidadas. Pretende-se avaliar os custos de diversos componentes do sistema de drenagem de um caso de estudo e efectuar um programa de controlo e gestão das diversas infraestruturas.

Trabalhos desenvolvidos: • Estudo da legislação actual. • Estudo de métodos de dimensionamento das diversas infraestruturas. • Recolha de dados de exploração. • Aplicação de um modelo económico à cidade de Coimbra. Instituições envolvidas: DEC–FCTUC / LNEC. Elementos bibliográficos a consultar: • Planos directores de drenagem urbana. • Instituto do Ambiente (2002): “Estratégia Nacio nal para o Desenvolvimento Sustentável –ENDS 2002”,

Lisboa, Portugal. • European Commission (1998): “Task-Force Environment-Water”, Bruxelas, Bélgica.



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Título/ Tema: Sistemas sustentáveis de drenagem urbana (SUDS) Orientação:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Inv. Luís Mesquita David (LNEC) Enquadramento: Trabalhos por contracto ACIV Tipo de tese: maioritariamente computacional Descrição/Assunto e objectivos: Os Sistemas de Drenagem Urbana Sustentáveis (SUDS), nomeadamente as soluções de controlo na origem pretendem aproximar, tanto quanto possível e a custos controlados, o regime de drenagem urbano ao regime natural (“green field runnof”), e a melhoria da qualidade da água. A título de exemplo, referem-se: bacias de retenção, bacias e trincheiras de infiltração, tanques de sedimentação, telhados verdes, faixas, drenos e poços filtrantes, pavimentos porosos e asfalto poroso, valas revestidas com coberto vegetal. A aplicação de muitas destas medidas é ainda incipiente em Portugal.

Pretende-se estudar e avaliar o potencial benefício de algumas soluções de controlo na origem na reabilitação ou expansão de sistemas de drenagem urbana, em particular as que promovem a infiltração. Trabalhos desenvolvidos: • Revisão bibliográfica; • Estudo de um caso real; • Utilização de programa de cálculo automático e aplicação ao caso de estudo; • Avaliação dos potenciais benefícios através da comparação de soluções; • Modelação simplificada com séries históricas de precipitação (opcional)/ avaliação de custos (opcional). Instituições envolvidas: DEC–FCTUC / LNEC. Elementos bibliográficos a consultar: • U.S. Env. Protection Agency (2004). Stormwater Best Management Practice Design Guide. • Woods-Ballard B., Kellagher R., Martin P., Jefferies C., Bray R. and Shaffer P. (2007). The SUDS Manual,

CIRIA C697, London. • Manuais de programas (Hec-Ras, Swmm)



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Título: Modelação de Escoamentos Mistos em colectores pluviais


Prof. José Manuel Abreu e Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: As condições operacionais dos sistemas de colectores de águas pluviais podem ser drasticamente alteradas em consequência da ocorrência de chuvadas intensas. Estes sistemas são normalmente dimensionados para operar em regime de escoamento com superfície livre mas, no decurso de eventos de grande pluviosidade, podem criar-se condições para que a capacidade de transporte em regime de superfície livre seja excedida com a consequente transição para um escoamento em pressão e a expulsão do ar do interior dos colectores. Ao nível dos modelos computacionais sempre que existam descontinuidades na solução na forma de ressaltos hidráulicos ou frentes de onda, o escoamento deixa de ser gradualmente variável para se tornar rapidamente variado. As equações de Saint-Venant devem ser escritas na forma conservativa e poderão utilizar-se dois tipos de aproximações distintas na sua resolução:

• Métodos de isolamento da frente de onda (shock-fitting methods), que consistem em isolar a descontinuidade e tratá-la como uma condição de fronteira (condição de contorno interna). Para poder aplicar estes métodos deve-se conhecer a priori a localização da descontinuidade.

• Métodos directos ou de captura da frente de onda (Through methods ou shock-capturing methods), que são capazes de localizar, simular e propagar as soluções descontinuas sem necessidade de qualquer técnica especial.

O objectivo do presente trabalho consiste em efectuar uma comparação e validação da aplicabilidade das várias metodologias e diferentes técnicas numéricas. A verificação dos modelos é realizada a partir de resultados experimentais publicados na bibliografia da especialidade prevendo-se igualmente utilizar resultados provenientes de uma nova instalação experimental a construir no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente do DEC. Trabalhos envolvidos:

- Estudo e análise comparativa dos vários modelos matemáticos utilizados para a resolução numérica das equações de Saint-Venant quando aplicados a problemas com frentes de onda abruptas.


Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Recolha e análise de bibliografia 2 Estudo e análise comparativa dos modelos

matemáticos de simulação existentes

3 Implementação do modelo computacional 4 Redacção final do trabalho



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Título: Caudais de cheia em pequenas bacias de drenagem Orientação científica:

Prof. António Freire Diogo Assunto e objectivos: No dimensionamento de pequenas obras hidráulicas, particularmente em áreas urbanas ou urbanizadas, ou em passagens hidráulicas através de vias de comunicação, são frequentemente utilizadas diferentes expressões ou métodos de cálculo de caudais pluviais de cheia de pequenas bacias de drenagem, que poderão conduzir a resultados com alguma margem de variação. O estudo tem por principal objectivo o de efectuar um trabalho de síntese sobre o estado actual do conhecimento neste domínio e propor, com base no enquadramento geral do problema, o procedimento a adoptar, bem como uma aproximação possível para os parâmetros a considerar nas expressões. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Trabalhos envolvidos:

- Pesquisa bibliográfica alargada. - Síntese do estado do conhecimento na área. - Proposta de soluções.

Elementos bibliográficos a consultar: Lencastre, A., Franco, F.M. (1992), 2ª Edição, Universidade Nova de Lisboa. Calendarização (5 meses): Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Trabalho de síntese bibliográfica e de sistematização dos métodos existentes

3 Análise e proposta de soluções




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Título: Contribuição para o estudo de bacias de retenção em sistemas de drenagem pluvial urbana. Simulação do comportamento em regime variável. Orientação científica:

Prof. António Freire Diogo Assunto e objectivos: As bacias de retenção são basicamente reservatórios de regularização por vezes utilizados em sistemas de drenagem pluvial urbana que têm por principal finalidade reduzir os caudais máximos pluviais afluentes aos colectores, aumentando o tempo de escoamento nos mesmos, durante e após a precipitação. Para um determinado volume de armazenamento, pretende-se analisar a influência da forma das bacias naturais ou artificiais e das condições de alimentação e de descarga, nos hidrogramas de descarga e respectivos caudais máximos atingidos a jusante. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Trabalhos envolvidos:

- Síntese dos aspectos básicos relacionados com o dimensionamento de bacias de retenção. - Análise dos principais modelos de cálculo existentes e de simulação em regime variável. - Aplicação, estruturação e desenvolvimento dos resultados encontrados.

Elementos bibliográficos a consultar: Almeida, A. B. (1985), “Fórmulas aproximadas para dimensionamento preliminar de bacias de retenção de águas pluviais, Revista de Recursos Hídricos, APRH, Vol. 6, nº 1. EPA (United States Environmental Protection Agency), (2008), “Storm Water Management Model User´s Manual, Version 5.0”. Calendarização (5 meses): Início - Fevereiro de 2010. Entrega da dissertação - Julho de 2010.

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Síntese dos aspectos básicos de dimensionamento e análise dos principais modelos de cálculo existentes

3 Aplicação, análise e desenvolvimento dos resultados encontrados, através de simulação em regime variável.




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Título: Arejamento e elevação em sistemas de saneamento por injecção de ar comprimido.


Prof. António Freire Diogo

Assunto e objectivos: As estações elevatórias de águas residuais comunitárias, bem como os sifões invertidos, são instalações complementares das redes de colectores extremamente sensíveis em sistemas de saneamento, atendendo às características das águas residuais e ao facto do escoamento se efectuar sob pressão. A sua concepção, dimensionamento e exploração, nas diversas fases que constituem o projecto, são, em muitas situações, consideradas tarefas com algum grau de complexidade e que requerem uma especial atenção por parte dos engenheiros projectistas. Em trabalho anterior, que conduziu a uma dissertação de MIEC concluída no DEC, foi desenvolvida uma primeira abordagem ao escoamento bifásico que resulta da injecção de ar comprimido no ramo ascendente de sifões (com perda de carga máxima disponível positiva) e foi efectuada uma análise numérica preliminar que permitiu identificar as principais vantagens que a técnica de injecção de ar em sifões apresenta. Presentemente está a ser desenvolvido um estudo para calibração do modelo numérico anteriormente proposto, com base predominantemente em investigação experimental, em instalação construída no LHRHA, no sentido de contribuir para o estabelecimento de princípios base e de proporcionar uma contribuição inicial específica para o desenvolvimento dos aspectos técnicos e detalhes das instalações relacionados com a injecção de ar comprimido em sifões. Na sequência destes dois estudos, pretendem-se analisar neste trabalho de investigação as principais vantagens e inconvenientes que a bombagem por emulsão de ar ou bombagem air-lift em condutas verticais ou inclinadas poderá apresentar em sistemas de saneamento, face à utilização de pequenas estações elevatórias convencionais com bombas rotodinâmicas. Deverão ser considerados, nomeadamente, o arejamento da massa líquida, o transporte sólido e as normalmente reportadas baixas eficiências das elevações air-lift, a fiabilidade das instalações, as condições ambientais, tais como a produção de ruídos e de cheiros e os custos de primeiro investimento e de exploração, em condições adequadas de funcionamento. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil/ Engenharia do Ambiente. Eventual possibilidade de integração em Projecto de Investigação submetido à FCT.

Trabalhos envolvidos: - Execução de ensaios laboratoriais com injecção de ar em condutas ascendentes de modo a permitir o arejamento

da massa líquida, o transporte sólido e a elevação da água residual, devido ao efeito conhecido na literatura técnica como “air lift”.

- Análise dos resultados obtidos e estudo comparativo de possíveis soluções com injecção de ar comprimido versus estações elevatórias convencionais.

Elementos bibliográficos a consultar: Diogo, A. F. (2002 e 2004), “Apontamentos de Projecto e Gestão de Sistemas de Saneamento”, FCTUC. Diogo, A.F. e Oliveira, A.L. (2008), “Sistemas de drenagem e reutilização de águas residuais comunitárias da Zona Sudoeste do Município da Praia, Cabo Verde, um caso de estudo”, 5º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia, Maputo, Setembro 2008. Oliveira, M.C. (2009), “Órgãos acessórios especiais de sistemas de saneamento. Contribuição para o estudo de sifões invertidos”, Dissertação de MIEC na especialidade de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente, DEC – FCTUC, Coimbra, Setembro de 2009. Calendarização (5 meses): Início – Set. 2010/Fev. 2011. Data de entrega da dissertação – Jan. 2011/Julho2011.

FASE ACÇÃO 1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha e análise de bibliografia, particularmente de estudos efectuados em bombagens air-lift

2 Trabalho laboratorial

3 Tratamento e análise dos resultados obtidos. Comparação de soluções alternativas




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5. ESTRUTURAS HIDRÁULICAS Título/ Tema: Dispositivos de dissipação de energia em hidráulica pluvial Orientação científica:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Doutor Eng. Manuel Lorena (COBA) Assunto e objectivo: Os sistemas de drenagem de águas pluviais são dimensionados para períodos de retorno de 5, 10 e, por vezes, 20 anos. As precipitações associadas a períodos de retorno superiores tendem a causar inundações e prejuízos quer em vias de comunicação quer em zonas urbanas. Em particular, em zonas de declive acentuado, ao escoamento de águas pode estar associado uma energia significativa e, consequentemente, capaz de originar efeitos de erosão significativos. Pretende-se efectuar estudos em modelos físicos de dispositivos de dissipação de energia para sistemas de drenagem rodoviária (1 ou 2 tipos), caracterizar o escoamento, avaliar a dissipação de energia e estabelecer critérios de dimensionamento para o projecto de um dispositivo de dissipação de energia. O objectivo final é estabelecer recomendações para o dimensionamento de dispositivos de dissipação de energia em sistemas de drenagem. Trabalhos envolvidos: 1 - Estudo de teses sobre dispositivos de dissipação de energia em canal com rugosidades de travessas (Paulo Mendes – DEC, FCTUC 2008 e Gil Castro – DEC, FCTUC 2009); 2- Escolha de dispositivos (já pré-definidos), de parâmetros característicos (declive e área do canal, altura, espessura e afastamento dos acessórios, etc) e de parâmetros a medir; 3- Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição; 4- Caracterização do escoamento ao longo do dispositivo, a partir do conjuto de dados experimentais, avaliação da energia específica no fim do dispositivo e conclusões 5- Utilização de modelo computacional free-ware (opcional) e/ou comparação com modelos numéricos (opcional) Bibliografia: Chanson, H., ”The hydraulics of stepped chutes and spillways”, Balkema, 2002. USACE – Corps of Engineers “Hydraulic Design of Spillways”, EM 1110-2-1603, 16, January, 1990. Mendes, P. “Dissipação de energia em hidráulica pluvial – Estudo de descarregadores com travessas” Tese de Mestrado Integrado DEC, FCTUC (2008) Castro, G. “Dispositivos de dissipação de energia em hidráulica pluvial” Tese de Mestrado Integrado DEC, FCTUC (2009) Calendarização:

Fase Acção 1 2 3 4 51 Recolha e análise de bibliografia

2Adaptação e construção da instalação experimental

3 Testes e selecção de locais de medição 4 Medições e tratamento de dados5 Redacção do trabalho



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Título: Avaliação da eficácia das estruturas de Dissipação de Energia Hidráulica combinadas com elementos naturais (HEDSCNE) como estruturas de retenção de matéria orgânica Orientação:

Prof. Doutora Rita Carvalho e Prof Doutor Jorge Leandro com colaboração da Prof. Doutora Cristina Canhoto do Departamento de Ciências da Vida Enquadramento: HYDRALAB IV – INFRA 2010 Tipo de tese: maioritariamente experimental Descrição/Assunto e objectivos: A actual directiva Europeia é mais exigente relativamente a Sistemas Urbanos de Drenagem Sustentável (SUDS) que se devem basear em repor a drenagem natural (“greenfield runnof”) e manter bom estado ecológico e químico. A selecção correcta de elementos naturais a implementar no sistema de drenagem pode ajudar a melhorar vários aspectos tais como a estabilidade estrutural, dissipação de energia hidráulica, oxigenação da água, redução de CO2 e retenção da matéria orgânica (principalmente folhas), crucial para a produtividade e função de ecosistemas ribeirinhos. Adicionalmente, as Estruturas de Dissipação de Energia Hidráulica (HEDS) podem funcionar como estruturas de retenção de matéria orgânica e devem ser consideradas no âmbito de recuperação de canais e ribeiros exigidos pela Directiva quadro da Água. Este trabalho pretende melhorar o conhecimento do comportamento hidráulico de HEDS complementadas com Elementos Naturais (HEDSCNE) específicas como canais de rugosidade com elementos naturais tais como troncos, pedras e plantas, nos sistemas de drenagem durante as cheias. Pretende também avaliar a eficácia destas estruturas como retenção de matéria orgânica, principalmente na forma de folhas. Adicionalmente, serão determinadas as limitações das metodologias recentemente propostas para a avaliação de características do escoamento tais como o estado ecológico de cursos de água. Trabalhos a desenvolver:

- Estudo da instalação experimental e de métodos de medição. - Testes, escolha de parâmetros, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição e execução de uma matriz de ensaios. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC/DCV -FCTUC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: http://www.hydralab.eu/ MENDES, P., CARVALHO, R. e LORENA, M., (2008) “Hydraulic Performance of Roughened Channels with Cross Beams” – 2nd International Junior Researcher And Engineer Workshop On Hydraulic Structures, 30, 31 July – 1 August 2008, Pisa, Itália.

CASTRO, G., CARVALHO, R. & LORENA, M.,"Physical investigation of roughened channels with cross beams" , 33nd IAHR, Vancouver, 9-13 August, 2009



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Título: Estudo de decomposição de folhas em cursos de água, utilizando técnicas de saco e medição de velocidade do escoamento e oxigénio Orientação:

Prof. Doutora Rita Carvalho e Prof Doutor Jorge Leandro com colaboração da Prof. Doutora Cristina Canhoto do Departamento de Ciências da Vida Enquadramento: HYDRALAB IV – INFRA 2010 Tipo de tese: maioritariamente experimental Descrição/Assunto e objectivos: A actual directiva Europeia é mais exigente relativamente a Sistemas Urbanos de Drenagem Sustentável (SUDS) que se devem basear em repor a drenagem natural (“greenfield runnof”) e manter bom estado ecológico e químico. A retenção de matéria orgânica nos sistemas de drenagem deve ser considerada e avaliada no âmbito de recuperação de canais e ribeiros exigidos, nomeadamente em termos de recuperação de habitats em regime de cheias. Este trabalho pretende a identificação criteriosa das limitações de algumas técnicas para aceder a integridade funcional de cursos de água nomeadamente no que diz respeito aos efeitos da corrente na fragmentação das folhas e ao acesso a O2 e nutrientes fornecidos pelas trocas e circulação da água nos sacos de malha fina e grossa, em sistemas onde o escoamento é o factor dominante da fragmentação de folhas. Trabalhos a desenvolver:

- Estudo da instalação experimental e de métodos de medição. - Estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição, e execução de uma matriz de ensaios. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC/DZ -FCTUC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: http://www.hydralab.eu/



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6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL

Título: Ensaio de 2 batedores nas extremidades do canal do LHRHA Orientação:

Prof Doutor Francisco Sancho (DEC-UC/LNEC) e Prof. Doutora Rita Carvalho Enquadramento: HYDRALAB IV – INFRA2010 Tipo de tese: maioritariamente experimental Descrição/Assunto e objectivos: Portugal tem uma costa de 800 km de comprimento. A orla costeira é alvo de constantes alterações naturais e de intervenção humana. A acção erosiva do mar sobre estruturas hidráulicas costeiras é uma preocupação actual que necessita de acompanhamento científico dado ser um domínio complexo que o homem não domina. Este trabalho pretende contribuir com o estudo dos batedores instalados e ensaiados no LHRHA para que estes sirvam para estudos concretos de acções de ondas sobre estruturas hidráulicas. Ensaiar-se-ão várias condições de agitação, correspondendo a ondas monocromáticas e agitação irregular, com diferentes frequências de pico, tipos de espectro e condições de energia (alturas de onda). Trabalhos a desenvolver: − Estudo do canal existente no Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente e do sistema

AWACS − Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição; − Medição e estabelecimento de metodologias. − Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos - Execução de uma matriz de ensaios.

Instituições envolvidas: DEC-UC e LNEC.

Exemplos de elementos bibliográficos a consultar: http://www.hydralab.eu/ Manual do sistema de AWACS

SANTOS, F. A., CARVALHO, R. F. e SANCHO, F. P., (2008) “Performance of a Multipurpose Hydraulic Channel” – 2nd International Junior Researcher And Engineer Workshop On Hydraulic Structures, 30, 31 July – 1 August 2008, Pisa, Itália./ Santos, F.A. “Teleactuação e telemedida no canal e/ou nos circuitos em pressão do Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente (LHRHA)” Tese de mestrado do DEC-FCTUC, Setembro de 2008

Coastal Engineering Manual – USACE, http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=ResearchAreas;7



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Título: Dissipação da energia da onda e condições de mobilização em fundos diversos Orientação:

Prof. Doutora Rita Carvalho e Prof Doutor Francisco Sancho (DEC-UC/LNEC) Enquadramento: HYDRALAB IV - INFRA2010 Tipo de tese: maioritariamente experimental Descrição/Assunto e objectivos: Portugal tem uma costa de 800 km de comprimento. A orla costeira é alvo de constantes alterações naturais e de intervenção humana. Por outro lado, também as margens de rios e de albufeiras são também objecto de acção erosiva de ondas geradas quer pelo vento, quer por barcos e motas de água. A acção erosiva sobre margens é um assunto que constitui uma preocupação crescente aos orgãos responsáveis pela manutenção dos sistemas de zonas ribeirinhas. Neste contexto, é fundamental o estudo da dissipação de energia da onda quando esta se propaga e atinge margens com diversos revestimentos incluindo vegetação. Procurar-se-á avaliar principalmente o efeito do revestimento sobre a onda (aspecto energético / dissipação de energia), mas também, quando se trata de vegetação ou outro organismo, o efeito da onda incidente sobre o organismo (aspecto dinâmico). O trabalho será realizado com base em ensaios experimentais realizados no canal de ondas do LHRHA e terá uma componente numérica opcional. Trabalhos a desenvolver: − Estudo da hidrodinâmica da onda, onda + corrente. − Adaptação e construção de uma instalação experimental simples. − Observação e Medição de grandezas (principalmente velocidades em diversos locais) − Introdução/exportação de dados para um programa de cálculo automático. − Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos - Execução de uma matriz de ensaios.

Instituições envolvidas: DEC-UC e LNEC.

Exemplos de elementos bibliográficos a consultar: http://www.hydralab.eu/

NIELSEN, P., Coastal bottom boundary layers and sediment transport, 324 pp., World Scientific,Singapore, 1992.

DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists. Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific Publishing Company, 1991.

SANTOS, F. A., CARVALHO, R. F. e SANCHO, F. P., (2008) “Performance of a Multipurpose Hydraulic Channel” – 2nd International Junior Researcher And Engineer Workshop On Hydraulic Structures, 30, 31 July – 1 August 2008, Pisa, Itália / Santos, F.A. “Teleactuação e telemedida no canal e/ou nos circuitos em pressão do Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente (LHRHA)” Tese de mestrado do DEC-FCTUC, Setembro de 2008



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Título: DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO FÍSICO REDUZIDO DE APOIO À SIMULAÇÃO DA EXPLORAÇÃO DO AÇUDE-PONTE DE COIMBRA EQUIPADO COM GRUPOS TURBO-GERADORES Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: A Câmara Municipal de Coimbra participa no projecto CIVITAS MODERN (MObility, Development and Energy use ReductioN) promovido e financiado pela União Europeia, o qual pretende tornar os SMTUC auto-suficientes em termos da alimentação da rede eléctrica de tracção, recorrendo à produção autónoma de energia renovável através de uma central mini-hídrica a instalar no açude ponte de Coimbra. Nesse âmbito é necessário estudar a viabilidade técnico-económica e hidráulico-operacional da instalação do equipamento de turbo-geração, levando em conta as condicionantes resultantes das ocupações do leito, principalmente na zona urbana, e atendendo ainda à projectada nova escada de peixe. O trabalho proposto consiste no desenvolvimento de um modelo físico à escala reduzida que permita dar apoio à simulação da exploração dos grupos turbo-geradores para várias configurações do equipamento e diversas condições e hidráulico-operacionais. Trabalhos envolvidos:

a) Revisão e análise crítica da bibliografia, com a consequente caracterização do protótipo ao nível do projecto.

b) Compilação e análise do equipamento e condições laboratoriais disponíveis. c) Identificação dos principais aspectos que a reproduzir no modelo físico à escala reduzida, projecto do

modelo físico à escala reduzida e determinação das correspondentes condições e equipamentos laboratoriais necessários.

d) Construção, implementação e ensaio do modelo físico à escala reduzida. e) Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC-FCTUC, ABRH-C, INAG, SMTUC, CMC.

Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 a)

2 b)

3 c), d), e)

4 e)



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Título: AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS DA INSTALAÇÃO DUAL-DRAINAGE Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro e Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. O principal objectivo desta dissertação é o estudo do mecanismo de transferência de água entre o colector enterrado e o escoamento à superfície. Este mestrado propõe a execução de experiências de laboratório, num modelo à escala 1:1, de um sistema caixa de visita/colector/superfície. A tarefa a desenvolver prende-se com a execução, processamento e análise de experiências laboratoriais. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de trabalhos experimentais já realizados; - Recolha de dados da instalação experimental; - Tratamento estatístico dos dados recolhidos; - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Enquadramento: PTDC/ECM/101197/2008




2 Recolha de dados experimentais.

3 Tratamento de dados.




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Título: VERIFICAÇÃO EM VOF DO ELEMENTO DE LIGAÇÃO COLECTOR/SUPERFÍCIE Orientação científica:

Prof. Rita Carvalho e Prof. Jorge Leandro Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Esta dissertação tem como objectivo o estudo experimental e numérico do comportamento de sistemas de drenagem duais, colector/superfície livre. Este projecto propõe a execução de experiências de laboratório utilizando um modelo à escala 1:1 de um sistema dual-drainage (sistema caixa de visita/colector/superfície). A tarefa a desenvolver prende-se com a verificação de um modelo numérico do tipo VOF (volume of fluid) do elemento de ligação colector/superfície utilizando um software. Pretende-se comparar os resultados obtidos por via experimental e numérica e discuti-los. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de diferentes métodos numéricos 2D vertical. - Modelação em VOF do elemento de ligação colector/superfície. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Enquadramento: PTDC/ECM/105446/2008


Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Acções hidrodinâmicas em estruturas hidráulicas: Modelação numérica do ressalto hidráulico (Tese de doutoramento de Rita F. Carvalho), manuais de softwares Calendarização:


2 Modelação em VOF.

3 Análise de resultados.




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Título: VALIDAÇÃO EM MODELO NUMÉRICO EXISTENTE DE UM NOVO ELEMENTO DE LIGAÇÃO COLECTOR/SUPERFÍCIE Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro e Prof. Rita Carvalho Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Nesta dissertação interessa o estudo do mecanismo de transferência de água entre o colector enterrado e o escoamento à superfície. Este trabalho propõe a execução de experiências de laboratório, num modelo à escala 1:1, de um sistema caixa de visita/colector/superfície. A tarefa a desenvolver prende-se com a recolha de dados de uma instalação experimental e de um modelo numérico tipo VOF existente e implementação em modelo numérico do tipo Saint-Venant existente de um novo elemento de ligação colector/superfície. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de diferentes modelos de ligação (condições fronteira). - Recolha de dados da instalação experimental. - Implementação em modelo numérico existente do elemento de ligação proposto. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Enquadramento: PTDC/ECM/101197/2008 Instituições envolvidas: DEC-FCTUC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Urbain Drainage (D. Butler). Calendarização:


2 Recolha de dados da instalação experimental

3 Implementação do elemento de ligação.




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Título: VERIFICAÇÃO DE UM MODELO NUMÉRICO MISTO AR/ÁGUA Orientação científica:

Prof. Jose Abreu e Prof. Jorge Leandro Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Nesta dissertação interessa é o estudo do comportamento de sistemas de drenagem duais, colector/superfície livre. Este projecto propõe a execução de experiências de laboratório, num modelo à escala 1:1 de um sistema “dual-drainage”. A tarefa a desenvolver prende-se com a recolha de dados da instalação experimental e a verificação de um modelo para escoamentos mistos ar/água baseado no método de Preissmann. Por último o mestrando discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de diferentes modelos de ligação. - Recolha de dados da instalação experimental. - Verificação de um modelo para escoamentos mistos. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.





3 Verificação de um modelo numérico.




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Título: VERIFICAÇÃO DE UM MODELO DE DRENAGEM DUAL Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro e Prof. Jose Abreu Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Nesta dissertação interessa é o estudo do comportamento de sistemas de drenagem duais, colector/superfície livre. Este projecto propõe a execução de experiências de laboratório, num modelo à escala 1:1 de um sistema dual-drainage. A tarefa a desenvolver prende-se com a recolha de dados da instalação experimental e com a validação de um modelo de drenagem dual baseado no método de Preissmann. Por último o mestrando discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de diferentes modelos de ligação. - Recolha de dados da instalação experimental. - Verificação de um modelo para escoamentos mistos. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.





3 Verificação de um modelo dual-drainage.




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Título: Quantificação de concentrações de ar em escoamentos ar-água através da analise de fotografias Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro e Prof. Rita Carvalho Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano e de escoamentos rapidamente variados em redor de determinadas estruturas hidráulicas. Este trabalho pretende o estudo da concentração de ar existente em escoamentos mistos ar-água através de fotografias efectuadas em laboratório, em modelos de grande escala. Pretende-se a recolha de fotografias de uma instalação experimental e o processamento de imagens em MATLAB com base em rotinas existentes, de modo a obter perfis de concentração de ar. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica da bibliografia de escoamentos ar agua. - Recolha de imagens da instalação experimental. - Processamento das imagens em MATLAB. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.


Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Kucukali, S., and Chanson, H. (2008). "Turbulence measurements in hydraulic jumps with partially-developed

inflow conditions." Exp. Th. and Fluid Sc., 33(1), 41-53. Carvalho, R. F., Lemos, C. M. & Ramos, C. M. (2008) – “Numerical computation of the flow in hydraulic jump

stilling basins”: Journal of Hydraulic Research, Vol. 46, No. 6, pp. 739–75 Calendarização:



3 Tratamento de dados e fotografias em MATLAB.




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7. HIDRÁULICA FLUVIAL E COSTEIRA Título: Contribuição para a modelação de escoamentos variáveis em canais naturais

Orientação científica: Prof. José Simão Antunes do Carmo

Assunto e objectivos: A reprodução dos fenómenos associados à propagação de escoamentos com superfície livre, em canais de geometria irregular, é frequentemente realizada recorrendo a modelos matemáticos unidimensionais simples, baseados em equações do tipo Saint-Venant, admitindo várias hipóteses simplificativas. Para além das hipóteses básicas do modelo matemático, são ainda frequentemente consideradas simplificações adicionais para a obtenção de soluções numéricas daquelas equações em condições reais.

Não raramente, modelos baseados em equações do tipo Saint-Venant são aplicados em condições que desafiam os limites de validade do modelo matemático; tal acontece porque essas são, efectivamente, as condições reais existentes e para as quais se procuram soluções.

Deste modo, é matéria de investigação a procura de métodos numéricos suficientemente poderosos para permitirem a utilização daquele modelo matemático em condições mais realistas; é o caso da aplicação de métodos ditos de alta resolução como complemento ou refinamento de métodos de resolução numérica tradicionais.

No âmbito de dissertações de mestrado desenvolvidas no DEC, foi o modelo unidimensional (1DH) baseado nas equações de Saint-Venant resolvido recorrendo a esquemas numéricos de diferenças finitas de segunda ordem, baseados em limitadores de fluxo.

Todavia, como ficou claro, importa dar continuidade aos estudos então efectuados: i) incorporando no modelo numérico as secções reais definidas através de levantamentos topográficos e, ii) analisando os resultados obtidos em cursos de água naturais recorrendo a tecnologias de Sistemas de Informação Geográfica e de Modelos Digitais do Terreno.

A proposta de tema que se sugere “Contribuição para a modelação de escoamentos variáveis em canais naturais” pretende assim dar continuidade a estudos anteriores de desenvolvimento de um modelo matemático e numérico com potencialidades para reproduzir com maior rigor os fenómenos físicos em cursos de água naturais e tirar partido das mais recentes tecnologias de apresentação e visualização de resultados.



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Título: Estudo experimental de escoamentos tridimensionais com a presença de múltiplas escalas de rugosidade

Orientação científica: Mário J. Franca e Rui M.L. Ferreira (Instituto Superior Técnico)

Assunto e objectivos: Projectar ou reabilitar um canal estável com integração de elementos naturais é um problema complexo de dinâmica dos fluidos e envolve determinação de forças de arrastamento e do declive da linha de energia. Estas relacionam-se com vários tipos de rugosidade coexistentes: de grão (escala do grão), de formas de fundo (micro-escala), e de vegetação (escala do grão a micro-escala) e com a perda de carga devida à morfologia do canal (meso-escala, e.g. curvas, meandros). A maioria de critérios de projecto usa formulações calibradas empiricamente, e.g. a fórmula de Manning. Os progressos na caracterização de escoamentos 3D sobre fronteiras irregulares devem-se essencialmente à aplicação de métodos de média dupla espácio-temporal (DAM). Estes revelam-se pertinentes na caracterização de escoamentos na interface entre vegetação e camada exterior de fluido (Finnigan 2000, Nikora & Rowinski 2008). Na DAM, as equações de conservação são expressas em quantidades médias no espaço, definidas numa janela maior que o comprimento de onda característico das irregularidades de fronteira (Franca & Czernuszenko 2006). As equações “Double-Averaged Navier-Stokes” têm sido aplicadas no cálculo da força de arrastamento sobre grupos de hastes idênticas (Poggi et al. 2004, Ferreira et al. 2009). Nestas equações surgem termos correlacionais novos, as tensões de forma ou dispersivas, que representam os efeitos advectivos a escalas contidas na janela espacial onde é aplicado o operador média. A DAM poderá ser insuficiente quando as irregularidades de fronteira apresentam dois ou mais comprimentos de onda. Na presença de duas escalas de rugosidade têm sido abordadas formas de considerar macro e micro tensões dispersivas (Poggi et al. 2008). Não existem no entanto modelos de fecho contemplando esta multiplicidade de escalas. O objectivo geral do plano de investigação é a participação no desenvolvimento do modelo conceptual para as equações de conservação desenvolvido para escalas maiores, incorporando efeitos advectivos a escalas menores em termos de forma, as “Multiple-Averaged Conservation (MAC) equations”. O presente trabalho de investigação tem como objectivo específico a quantificação, com recurso a trabalho experimental, dos termos adicionais provenientes da aplicação da metodologia multi-média às equações de conservação da quantidade de movimento e de transporte da energia cinética turbulenta.

Enquadramento: Integração no Projecto de Investigação FCT PTDC/ECM/099752/2008.


- Compilação de conhecimentos existentes e estudo dos fenómenos turbulentos em escoamentos fluviais. - Participação no desenvolvimento teórico das “Multiple-Averaged Conservation (MAC) equations”. - Trabalho experimental de aquisição de dados com recurso ao PIV. - Análise e tratamento de dados experimentais.

Elementos a consultar:

Ferreira, R. L., Ferreira, L. M., Ricardo, A. M. & Franca, M. J. 2009. Imposed sand transport on gravel-bedded streams. Impacts on flow variables and consequences for salmonid spawning sites. River Res Appl (in print). Franca M.J., Ferreira R.M.L. & Lemmin U., Parameterization of the logarithmic layer of double averaged streamwise velocity profiles in gravel-bed river flows, Adv Water Res, Vol. 31(6), 2008, pp. 915-925. Ricardo, A.M. (2008) “Caracterização do escoamento turbulento em canais com vegetação emersa rígida.

Aplicação ao estudo da resistência hidráulica.” Tese de Mestrado Integrado em Engenharia Civil, IST.

Calendarização:

FASE ACÇÃO MÊS 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Compilação e análise de bibliografia 2 Preparação/Compreensão do trabalho laboratorial com PIV 3 Execução do trabalho laboratorial (CEHIDRO-IST) 4 Síntese dos resultados e redacção final da tese



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Título: Estudo do impacto da ocorrência de transporte sólido na estrutura turbulenta do escoamento em rios com leito de seixo rolado: análise do campo de velocidades instantânea.


Assunto e objectivos: Rios com leito de seixo rolado constituem valiosos habitats para a vida selvagem em parte devido à diversidade hidrodinâmica oferecida pela geometria do seu leito. A ocorrência de transporte de sedimentos em rios deste tipo pode no entanto modificar a sua composição estrutural (devido à deposição e consequente colmatação de vazios) assim como a estrutura do escoamento turbulento. O aporte excessivo de sedimentos a áreas ecologicamente sensíveis de rios com leito de seixo rolado deve-se em grande parte à erosão de encostas (devido essencialmente a más práticas de gestão do solo) e à deflorestação causada por incêndios. Pretende-se com este estudo avaliar a influência da existência de uma camada de transporte de sedimentos junto ao leito na estrutura turbulenta do escoamento e a sua influência nos habitats existentes, complementando o trabalho de análise desenvolvido por Joana L. Carvalho, no âmbito da sua tese de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente (DEC-FCTUC) onde foram analisadas a distribuição da velocidade longitudinal média e da intensidade turbulenta longitudinal do escoamento. Será levada a cabo a análise dos campos de velocidade instantâneos a montante e em torno de uma protuberância de fundo analisada posteriormente. O estudo será feito com base em medições de velocidade realizadas em laboratório onde um escoamento sobre um leito de calhau rolado com baixa submergência foi simulado sobre um canal que permite a alimentação de caudal sólido. O trabalho experimental foi realizado recorrendo a instrumentação Doppler (Ultrasound Velocity Meters – UVP). Os dados foram obtidos no canal de inclinação variável do Instituto Superior Técnico (CEHIDRO).

Enquadramento: Integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/099752/2008.


- Compilação de conhecimentos existentes e estudo dos fenómenos turbulentos em escoamentos fluviais. - Compreensão da técnica de medição UVP. - Análise e tratamento de dados. - Síntese dos dados e redacção da tese final.


Bedload Research International Cooperative: http://www.bedloadresearch.org/ Carvalho, J.L. (2008) “Estudo do impacto da ocorrência de transporte sólido na estrutura turbulenta do

escoamento em micro‐habitats de Salmonídeos” Tese de Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente, FCTUC.

Lacey R.J. & Roy A.G. (2006). A hydrodynamic investigation of instream pebble clusters in gravel-bed rivers with implications for fish habitat. Eos Trans., AGU Joint Ass. Suppl., May 23-26, Baltimore (Md).

Nezu I. & Nakagawa H. (1993), Turbulence in open-channel flows, A.A. Balkema, Roterdão.

Calendarização:

FASE ACÇÃO MÊS 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Compilação e análise de bibliografia 2 Compreensão do trabalho laboratorial com UVP’s 3 Análise e tratamento de dados 4 Síntese dos resultados e redacção final da tese



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Título: Estudo de oscilações de grande escala existentes no seio de escoamentos em rios com baixa submergência relativa.


Assunto e objectivos: Dado o seu valor ecológico, estético e social, tem-se assistido a uma crescente preocupação para preservar e recuperar os rios. A actual Directiva-Quadro da Água impõe como objectivo a melhoria da qualidade das águas superficiais até Dezembro de 2010. Trabalhos de reabilitação de rios com vista à melhoria dos sistemas aquáticos são portanto um instrumento para se atingirem estes objectivos e constituem já uma necessidade no mercado da construção. Uma eficaz reabilitação requer o conhecimento adequado dos processos hidrodinâmicos e geomorfológicos fluviais e a sua adequação à recuperação e implementação de habitats fluviais. O estudo de fenómenos turbulentos no seio do escoamento e da interacção entre os contínuos sólido e líquido é essencial para uma boa implantação das técnicas de reabilitação fluvial. Um fenómeno observado em escoamentos em rios com baixa submergência é o da ocorrência de oscilações de velocidade de grande escala espacial (da ordem de grandeza da altura do escoamento). A ocorrência destas oscilações tem implicações em processos de mistura e de transporte de sedimentos que condicionam a geometria do leito. Com o presente estudo pretende-se estudar experimentalmente um escoamento sobre um leito de calhau rolado com baixa submergência para, através de medições tridimensionais de velocidade (com recurso a instrumentação Doppler), se identificarem e caracterizarem estas oscilações de velocidade e a sua estrutura turbulenta.

Enquadramento: Integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/099752/2008.


- Compilação de conhecimentos existentes e estudo dos fenómenos turbulentos em escoamentos fluviais. - Opcionalmente utilização de dados existentes provenientes de um rio natural e medidos com recurso ao

Acoustic Doppler Velocity Meter (3D) ou execução sistemática de ensaios experimentais para obtenção de dados.

- Análise e tratamento de dados experimentais.


Buffin-Bélanger T., Roy A.G. & Kirkbride A.D. (2000), On large-scale flow structures in a gravel-bed river, Geomorphology, 32, 417-435.

Franca M.J. & Lemmin U. (2008), Using empirical mode decomposition to detect large-scale coherent structures in river flows, River Flow 2008, Cesme, Turkey, September 2008.

Nezu I. & Nakagawa H. (1993), Turbulence in open-channel flows, A.A. Balkema, Roterdão. Yalin M.S. (1992), River Mechanics, Pergamon Press Ltd., Exeter (UK).

Calendarização:

FASE ACÇÃO MÊS 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Compilação e análise de bibliografia 2 Preparação/Compreensão do trabalho laboratorial 3 Execução do trabalho laboratorial 4 Síntese dos resultados e redacção final da tese



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8. HIDROLOGIA

Título: Influência da forma das encostas no transporte de sedimentos e agro-químicos pelo escoamento superficial


Prof. João Pedroso de Lima

Prof. José Manuel Abreu Assunto e objectivos: O escoamento superficial em zonas urbanas e rurais contribui significativamente para o problema da qualidade da água em muitas bacias hidrográficas. É importante conhecer a dinâmica do transporte destas substâncias no escoamento superficial. Esses transportes afectam a qualidade das águas a jusante, podendo constituir uma fonte de poluição e afectar os ecossistemas. Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL). Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de laboratório e de campo utilizando um simulador de chuva em várias superfícies (e.g. terra batida, superfície relvada). O transporte de sedimentos e de poluentes será comparado para diversas situações.

- Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório e de campo servirão para confirmar os resultados numéricos.


FASE ACÇÃO Meses 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Recolha e análise de bibliografia 2 Trabalho laboratorial 3 Trabalho se modelação numérica 4 Redacção final do trabalho



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Título: Caracterização da precipitação – Estudos experimentais com udógrafos Orientação científica:

Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: A precipitação é o processo hidrológico que está a montante de outras componentes do ciclo hidrológico como o escoamento, intercepção etc. Uma caracterização correcta da precipitação é essencial para se poder modelar o processo de precipitação-escoamento, afectando assim uma grande número de estudos e projectos de engenharia (e.g. sistemas de drenagem, sistemas de rega, construção de barragens, etc.). O objectivo é comparar equipamentos de medição da precipitação (udómetros, udógrafos de reservatórios basculantes, udógrafos sonoros, udógrafos laser) para várias condições de funcionamento (com vento, sem vento). Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL). Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de laboratório (chuva simulada) e de campo (chuva real) utilizando os vários tipos de udógrafos existentes no Laboratório de HRHA.

- Análise dos resultados dos trabalhos de laboratório e de campo relativos a intensidades de precipitação, velocidade das gotas, tamanho das gotas, etc.


FASE ACÇÃO Meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Trabalho laboratorial e de campo





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Título: Perda de solo por escoamento superficial em solos protegidos por faixas relvadas Orientação científica:

Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: A erosão hídrica dos solos leva ao declínio da sua produtividade em zonas agrícolas e florestais. Devido ao seu baixo custo, as faixas estreitas relvadas são populares em muitos países no controlo da erosão hídrica. Serão usadas faixas relvadas, em canais de terra laboratoriais, para avaliar o seu comportamento como barreira contra o escoamento superficial e a erosão. Os resultados serão comparados com o controle (solo nu). Pretende-se conhecer a redução do escoamento superficial e da perda de solo para várias larguras de faixas estreitas relvadas. Enquadramento: Projecto de Investigação em curso (POCI/AMB/58429/2004) da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (ESTUDO LABORATORIAL EM CANAIS DE TERRA SOBRE A INFLUÊNCIA DA ACÇÃO COMBINADA DO VENTO E DA CHUVA NO TRANSPORTE DE SEDIMENTOS E AGRO-QUÍMICOS PELO ESCOAMENTO SUPERFICIAL). Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de laboratório utilizando um simulador de chuva e canais de terra. O transporte de sedimentos será comparado para diversas situações.

- Modelação dos processos envolvidos. Os trabalhos de laboratório servirão para confirmar os resultados numéricos.

Elementos bibliográficos a consultar: Lima, J. L. M. P. de, 2006. Influência da variabilidade da precipitação na estimativa de caudais pluviais – Efeito da acção conjunta do vento e da chuva. 12 Encontro Nacional de Saneamento Básico (XII ENASB), Cascais, 24 a 27 de Outubro de 2006, 10 p. Calendarização:

FASE ACÇÃO Meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Trabalho laboratorial

3 Trabalho se modelação numérica




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Título: Análise de precipitações intensas ao longo da linha ferroviária de alta velocidade em Portugal Orientação científica:

Prof. Isabel P. de Lima

Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: Na análise do risco hidrológico é necessário quantificar precipitações extremas. O objectivo deste trabalho é o estudo de séries temporais de precipitação com vista à determinação de curvas de intensidade-duração-frequência e outras análises de extremos. Enquadramento: A instalação da rede ferroviária de alta velocidade em Portugal foi definida como uma opção estratégica do país, o que permitirá efectuar a sua ligação a uma vasta rede europeia. Esta opção, durante um largo período de tempo, mobilizará avultados investimentos económicos e envolverá um número significativo de meios humanos, constituindo-se como o grande investimento nas próximas décadas. As exigências que as vias de alta velocidade impõem, obrigam a estudar o risco hidrológico. Este estudo enquadra-se em tarefa a desenvolver no âmbito do MIT-Portugal Program na área do Generalized Global Risk Assessment of the HSR System. Trabalhos envolvidos: Sumariamente, o trabalho a desenvolver no âmbito deste estudo inclui: - Preparação de bases de dados; - Análise estatística de séries temporais relevantes. Elementos bibliográficos a consultar: Brandão, C., R. Rodrigues e J. P. da Costa (2001) ANÁLISE DE FENÓMENOS EXTREMOS - PRECIPITAÇÕES INTENSAS EM PORTUGAL CONTINENTAL. Direcção dos Serviços de Recursos Hídricos, Instituto da Água, Lisboa. Calendarização:

FASE ACÇÃO meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Revisão bibliográfica

2 Preparação de base de dados

3 Análise estatística dos dados




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Título: Análise de tendência da precipitação diária em Portugal


Prof. Isabel P. de Lima

Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: A presença de tendência em séries de precipitação resulta essencialmente da variabilidade natural presente nos processos hidrológicos ou está directamente relacionada com a existência de alterações climáticas. Neste trabalho pretende-se fazer o estudo de tendência da precipitação em Portugal, baseado em séries diárias, investigando-se a variabilidade espacial dos resultados obtidos. Enquadramento: A caracterização da variabilidade temporal e espacial da precipitação em Portugal reveste-se da maior importância para a realização de estudos hidrológicos, gestão de recursos naturais, dimensionamento de estruturas hidráulicas, etc. Este trabalho enquadra-se em tarefa no âmbito do projecto POCI/GEO/59712/2004 da Fundação para a Ciência e a Tecnologia. Trabalhos envolvidos: Sumariamente, o trabalho a desenvolver no âmbito deste estudo inclui: - Preparação de bases de dados; - Determinação de vários índices climáticos e pluviométricos, nomeadamente os associados a precipitações intensas e a situações de seca; - Análise de tendência de séries temporais relevantes e da variabilidade espacial exibida pela precipitação. Elementos bibliográficos a consultar: de Lima, M.I.P., A.C. Marques e J.L.M.P. de Lima, 2005. Análise de tendência da precipitação anual e mensal

no período 1900-2000, em Portugal Continental. Territorium, Revista da Associação Portuguesa de Riscos, Prevenção e Segurança, Edições MinervaCoimbra / Riscos, 12, 11-18.

Calendarização:

FASE ACÇÃO meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Revisão bibliográfica

2 Preparação de base de dados

3 Análises de tendência

4 Preparação de cartografia relevante




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Título: Modelação hidrológica da bacia dos Covões, em Coimbra Orientação científica:

Doutor João Pedro Carvalho Nunes (IMAR) e Prof. João Pedroso de Lima Assunto e objectivos: Aplicação do modelo de hidrologia e erosão MEFIDIS (modelo distribuído) à bacia dos Covões. Ver: http://air.dcea.fct.unl.pt/mefidis/ Enquadramento: Projecto de Investigação em curso da Fundação para a Ciência e a Tecnologia (URBHI – MONITORING THE IMPACTS OF URBANIZATION ON HYDROLOGICAL EXTREMES IN A SMALL FORESTED CATCHMENT). Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de campo (e.g. simulações de chuva em talhões); - Modelação com o MEFIDIS.

Elementos bibliográficos a consultar: Nunes, J.P., Vieira, G., Seixas, J., Gonçalves, P., & Carvalhais, N.; 2005. Evaluating the MEFIDIS model for runoff and soil erosion prediction during rainfall events. CATENA 61 (2-3): 210-228. Calendarização:

FASE ACÇÃO Meses

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha de dados e estudo do programa MEFIDIS

2 Trabalho de campo





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Título: INCERTEZA ASSOCIADA à DETERMINAÇÃO DA PRECIPITAÇÃO MÁXIMA PELA INEXISTÊNCIA OU FALHAS DE POSTOS UDOMÉTRICOS Orientação científica:

Prof. Jorge Leandro e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: Este trabalho insere-se na temática da modelação de cheias em meio urbano. Nesta dissertação interessa saber qual a incerteza associada á inexistência de postos udométricos ou de falhas nos registos. O mestrando irá começar por rever a literatura existente sobre ajuste de diferentes leis de distribuição. De seguida procederá à recolha de dados sobre a precipitação máxima nos postos próximos de uma bacia hidrográfica real (caso hipotético), após o que determinará a incerteza da precipitação associada a várias durações e períodos de retorno (aplicação de VBA). Por último o mestrando discutirá os resultados e apresentará as suas conclusões. Trabalhos desenvolvidos:

- Revisão e análise crítica de diferentes leis de distribuição. - Recolha de dados sobre precipitação de vários postos próximos da bacia hidrográfica escolhida. - Determinação da incerteza da precipitação em função do período de retorno e duração. - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.




2 Recolha de dados.

3 Determinação da incerteza associada à precipitação.




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Título: Modelação hidrológica/hidráulica em ambiente de sistemas de informação geográfica com interface para modelos de programas de cálculo automático – Aplicação a um caso real em meio urbano Orientação:

Prof. Doutora Rita Carvalho e Nuno Charneca (LNEC) Enquadramento: Sistema de apoio à decisão de suporte aos planos de gestão de região hidrográfica da ARH Norte Tipo de tese: maioritariamente computacional Descrição/Assunto e objectivos: Os sistemas de informação geográfica constituem uma ferramenta fundamental para a caracterização, planeamento e apoio à decisão na gestão de bacias hidrográficas. Por outro lado, a expansão urbana leva a uma constante modificação da área ocupada incluindo dos sistemas de drenagem superficiais e enterrados e das ligações à rede existente. Neste contexto, importa estudar e sistematizar procedimentos que visem uma maior e mais fácil utilização de SIG e das bases de dados associadas em estudos de hidrologia e drenagem, nomeadamente através de comunicação com programas de modelação hidrológica e hidráulica. Pretende-se aplicar as funções da ferramenta SIG para a caracterização da bacia hidrográfica de um caso de estudo real em meio urbano, tendo em vista a modelação hidrológica e hidráulica com programas de cálculo automático. Pretende-se ainda estabelecer procedimentos para a organização de bases de dados de informação e resultados. Trabalhos desenvolvidos:

- Adaptação ao software/ Correr exemplo de aprendizagem de programas;. - Execução de procedimento/ Introduzir dados geográficos de um caso de estudo em SIG, organizar e actualizar bases de dados - Modelação hidrológica/hidráulica com programa de cálculo automático e aplicação ao caso de estudo; - Análise dos resultados, conclusões e redacção da dissertação.

Instituições envolvidas: DEC–FCTUC / LNEC.

Exemplo de um elemento bibliográfico a consultar: Tese de Mestrado Integrado de João Jacob sob o tema “Modelação hidrológica em ambiente de sistemas de informação geográfica com interface para modelos HEC – Aplicação ao caso de estudo de Aljezur”, DEC-FCTUC - (co-orientada com o Eng. Inv. Luís David- LNEC) – concluída em Setembro de 2009 JACOB, J., CARVALHO R. F., DAVID, L. &. CHARNECA, N., (2010) “Building an hydrological model in Hec-Hms supported by Gis tools – the case of Aljezur basin” - 3rd International Junior Researcher And Engineer Workshop On Hydraulic Structures, 2- 4 May 2010, Edimburg, Reino Unido



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9. QUALIDADE DE ÁGUA

Título: Modelação da Qualidade em Sistemas de Abastecimento de Água. Orientação científica:

Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: É fundamental garantir a adequada concepção e funcionalidade dos sistemas de distribuição e utilização de água, de forma a viabilizar a sua exploração segura e eficaz, sob o risco de ser colocada em causa a eficiência dos diferentes usos públicos ou privados da água, com consequências nefastas para a saúde pública, qualidade de vida e segurança das comunidades. As entidades gestoras de água e projectistas são confrontados com uma exigência crescente em termos de quantidade e qualidade da água fornecida, não só por parte dos consumidores mas também pela legislação em vigor. Se por um lado é necessário desinfectar a água para eliminar os microrganismos patogénicos, por outro é necessário controlar a formação de sub-produtos resultantes dessa desinfecção. Para auxiliar as entidades gestoras a satisfazer as exigências que lhes são impostas surgiu no mercado algum software que permite simular o comportamento hidráulico e o comportamento da qualidade da água em sistemas de distribuição. Com este trabalho pretende-se implementar algoritmos que permitam efectuar a análise do comportamento da qualidade da água em sistemas de distribuição. Deverá ser efectuado um estudo comparativo entre os métodos Eulerianos e Lagrangeanos em termos de exactidão, n.º de segmentos gerados, tempo de execução e memória utilizada. Será ainda analisada a influência dos materiais na qualidade da água distribuída. Será analisada uma zona do sistema de abastecimento de água de Coimbra, recorrendo à caracterização laboratorial. Trabalhos envolvidos:

- Execução de trabalhos de em instalação laboratorial e de campo (medições de caudais , pressões e de concentrações de cloro).

- Implementação e/ou exploração de estruturas computacionais para modelação dos processos envolvidos.

Calendarização:

FASE ACÇÃO 1º 2º 3º 4º 5º 1 Recolha e análise de bibliografia 2 Trabalho laboratorial e de campo 3 Trabalho de modelação numérica 4 Redacção final do trabalho



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10. RECURSOS HÍDRICOS

Título: Modelos de Apoio à Decisão para o Cumprimento da Directiva Quadro da Água: Caso dos Sistemas de Drenagem e Tratamento de Águas Residuais a Nível Regional Orientação científica:

Prof. M. Conceição Cunha Assunto e objectivos: Implementar um modelo de apoio à decisão que permite determinar a localização e as dimensões óptimas do conjunto de estações de tratamento e da rede de colectores a instalar (a custo mínimo) para resolver o problema de drenagem e tratamento de águas residuais a nível regional, tendo em consideração o futuro cumprimento da DQA, e que tira partido das mais recentes evoluções havidas quer ao nível algorítmico, quer ao nível das capacidades computacionais. Enquadramento: A União Europeia criou diversos grupos de trabalho que produziram documentos para a definição de uma estratégia comum para a implementação da DQA, nomeadamente o documento “Best practices in river basin planning - Guidance on the planning process” (WP2, 2003) . Neste documento é referida a importância dos modelos de apoio à decisão neste contexto. Trabalhos envolvidos:

- Recolher informação sobre modelos de optimização para a resolução do problema descrito. - Implementação de um programa de optimização para a resolução do problema descrito.

Elementos bibliográficos a consultar: Cunha, M.C., Pinheiro, L., Afonso, P., Sousa, J., “Decision-aid models for the implementation of the water framework directive”, Proceedings of the 4th International Conference in Decision Making in Urban and Civil Engineering, DMUCE, CD Edition, 10 p., Porto, October, 2004. Cunha, M.C., Pinheiro, L., Zeferino, J., Antunes, A., Afonso, P. “An optimization model for integrated regional wastewater systems planning”, Journal of Water Resources Planning and Management, ASCE, 135(1), pp. 23-33, 2009. Calendarização:

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Análise dos modelos de optimização existentes

3 Implementação do programa de optimização




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Título: Gestão Integrada de Sistemas Aquíferos Orientação científica:

Prof. M. Conceição Cunha Assunto e objectivos: Definir qual a localização e a dimensão de captações para satisfazer procuras para diferentes actividades tendo em consideração aspectos físicos, económicos, ambientais e legais. Enquadramento: Protocolo Universidade do Algarve/IMAR/Águas do Algarve Trabalhos envolvidos:

- Realização de um estado da arte sobre modelos de apoio à decisão para a gestão integrada de sistemas aquíferos.

- Implementação de um programa de optimização para determinar a localização e a dimensão de captações para satisfazer procuras para diferentes actividades tendo em consideração aspectos físicos, económicos, ambientais e legais.

Elementos bibliográficos a consultar: Gupta, R.S., Hydrology & Hydraulic Systems, Prentice-Hall, 1989 Cunha, M.C. "Optimization techniques for groundwater and water distribution systems", Water International (Journal of the International Water Resources Association) , 25(3), pp. 394-402, 2000. 04. Cunha, M.C., “Water systems planning: the optimization perspective”, Engineering Optimization, 35(3), pp.255-266, 2003. Calendarização:

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Avaliação dos métodos de optimização disponíveis

3 Implementação do modelo de optimização




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Título genérico: Planeamento e Gestão de Infraestruturas em situações de incerteza Subtemas:

• Metodologias para a Operação de Infra-estruturas em Situação de Risco • Modelos para a Gestão de Albufeiras Considerando Incerteza nas Afluências • Modelos para a Operação de Sistemas de Distribuição de Água Considerando

Incerteza nos Padrões de Consumo Orientação científica:

Prof. M. Conceição Cunha Assunto e objectivos: As infra-estruturas estão expostas a uma grande variedade de situações de risco natural (intempéries, sismos, ventos, cheias, secas, deslizamento de terras, actividade vulcânicas) e também a acidentes provocados por inesperadas falhas tecnológicas ou actos terroristas. Por outro lado às variáveis hidrológicas está associada incerteza. Assim, é necessário dispor de metodologias que permitam aos decisores definir as acções para tornar as infra-estruturas mais seguras, resilientes e robustas. Existem vários aspectos a serem ponderados na definição das metodologias apropriadas, pelo que se justifica a elaboração de um estado da arte sobre metodologias para a operação de infra-estruturas sujeitas a incerteza e o desenvolvimento de modelos para a correspondente gestão. Enquadramento: Tarefa no âmbito do Projecto Gestão integrada do risco de infraestruturas públicas: os sistemas de abastecimento de água (PTDC/ECM/64821/2006). Trabalhos envolvidos:

- Recolha bibliográfica sobre metodologias para operação de infraestruturas em situação de risco. - Análise e comparação das metodologias para operação de infraestruturas em situação de risco. - Elaboração de um trabalho de síntese/aplicação das metodologias para a operação de infraestruturas em

situação de risco Elementos bibliográficos a consultar: Chang, S.E., “Evaluating disaster mitigations: methodology for urban infrastructure systems”, Natutral Hazards

Review, 4(1), pp. 186-196, 2003. Ezell, B.C., Farr, J.V., Wiese, I., “Infrastructure Risk Analysis Model”, Journal of Infrastructures Systems”,

6(3), pp. 114-117, 2000 Calendarização:

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Análise e comparação das metodologias

3 Trabalho de síntese das metodologias


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