Temas de Dissertacoes de Mestrado - Civil e Ambiente 2008-2009lhidro/MIEC_EA.pdf · comportamento...

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

Mestrado Integrado em Engenharia Civil Mestrado Integrado em Engenharia do Ambiente

Propostas de temas para dissertação de mestrado Página 1 de 40

Propostas de Temas para Dissertação de Mestrado

Índice

1. ABASTECIMENTO DE ÁGUA 2

2. APROVEITAMENTOS HIDRÁULICOS 8

3. CONTROLO DA POLUIÇÃO 11

4. DRENAGEM URBANA 15

5. ESTRUTURAS HIDRÁULICAS 21

6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL 24

7. HIDRÁULICA FLUVIAL E COSTEIRA 27

8. HIDROLOGIA 31

9. QUALIDADE DE ÁGUA 37

10. RECURSOS HÍDRICOS 39




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”. Enquadramento: Protocolo com Águas de Coimbra no âmbito do “Planeamento, Gestão, Controlo e Inovação nos Sistemas de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Residuais e Pluviais”. Bolsa de 3 meses disponível (alunos com média de 14 valores ou superior). Prémio anual no valor de 1 500€ (mil e quinhentos euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Área de especialização de Hidráulica). 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




Título: Modelação Hidráulica em Sistemas de Abastecimento de Água. Modelação em regime Variável. Orientação científica:

Prof. Alfeu Sá Marques e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo: 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. Neste contexto, é inegável o contributo que a modelação numérica e computacional pode dar no sentido de responder aos desafios cada vez mais exigentes colocados pela sociedade, em geral, e a comunidade técnica e científica em particular. Nesta perspectiva pode dizer-se que, na resolução das equações que regem o comportamento físico dos escoamentos nos sistemas de distribuição de água, têm, na maioria das situações, sido consideradas condições de regimes permanentes ou quasi-permanentes, dado que a modelação em regime variável, além de muitas muito 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. Assim, 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, 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. Enquadramento: Protocolo com Águas de Coimbra no âmbito do “Planeamento, Gestão, Controlo e Inovação nos Sistemas de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Residuais e Pluviais”. Bolsa de 3 meses disponível (alunos com média de 14 valores ou superior). Prémio anual no valor de 1 500€ (mil e quinhentos euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Perfil de Hidráulica). 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




Título: Monitorização e quantificação de parâmetros em sistemas hidráulicos urbanos Orientação científica:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e Prof. Alfeu Sá Marques Assunto e objectivo: Os sistemas hidráulicos urbanos são dimensionados para condições hipotéticas para o horizonte de projecto e/ou para um certo período de retorno. É importante definir com rigor as solicitações concretas, quer do ponto de vista espacial quer temporal, a que o sistema está sujeito. Pretende-se definir uma estratégia de carregamento de solicitações (dados georeferenciados de consumidores e de respectivos consumos), associada a equipamentos de medição localizados e a localizar em zonas estratégicas (Zonas de Medição e Controlo) como por exemplo, caudalímetros, medição de altura de escoamento, transdutores de pressão, parâmetros de qualidade. Enquadramento: Estudo a realizar no âmbito dos protocolos existentes: 1- entre a Câmara Municipal de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação; 2 –entre as águas de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação Planeamento, gestão, controlo e inovação nos sistemas de abastecimento de água e drenagem de águas residuais e pluviais. Trabalhos envolvidos: • Estudo do protótipo existente no Laboratório de Hidráulica • Recolha de dados de exploração • Aplicação do modelo desenvolvido a uma zona da cidade de Coimbra. Elementos bibliográficos a consultar:

Manuais dos equipamentos de medição

Sá Marques, J. A. A. E Sousa, J.J.O. “Hidráulica Urbana - Sistemas de Abastecimento de Água”, Coimbra,Imprensa da Universidade de Coimbra

Calendarização: Fase Acção 1 2 3 4 5 6

1 Recolha e análise de bibliografia 2 Estudo da Instalação experimental 3 Selecção de locais de medição e medição 4 Redacção do trabalho




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 possivel 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 explusão, 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




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








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. 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 mútiplos.

- 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.




Título: ANÁLISE DO IMPACTO DAS ALTERAÇÕES DO REGIME REMUNERATÓRIO NA RENTABILIDADE DOS PEQUENOS APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS A FIO DE ÁGUA EM PORTUGAL Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: O D.-L. 189/88 de 27 de Maio estabeleceu o regime de compra pela rede eléctrica nacional da energia hidroeléctrica dos produtores independentes, estabelecendo três preços tarifários distribuídos por 7 intervalos ao longo do dia. Depois deste decreto outros se seguiram como os D.-L. 168/99 de 18 de Maio, D.-L. 339-C/2001 de 29 de Dezembro e o D.-L. 33-A/2005 de 16 de Fevereiro. Este último evidencia as modificações entretanto operadas, por exemplo, a remuneração do CO2 evitado e a definição de apenas 2 preços tarifários repartidos por 3 intervalos ao longo do dia. Estas alterações terão sido benéficas ou prejudiciais? Partindo da selecção de determinados casos tipo, propõe-se o desenvolvimento de análises económicas e financeiras aos resultados da exploração, nas diversas condições dos regimes remuneratórios. Desta análise resultará a avaliação do impacto das alterações do regime remuneratório na rentabilidade dos pequenos aproveitamentos hidroeléctricos a fio de água em Portugal. Trabalhos envolvidos:

- Revisão e análise da legislação nacional associada ao mecanismo remuneratório dos produtores independentes de energia eléctrica.

- Análise das características dos pequenos aproveitamentos hidroeléctricos (PAH) actualmente em funcionamento em Portugal.

- Desenvolvimento e implementação de um modelo de cálculo da rentabilidade de PAH em função das características do mecanismo remuneratório da produção hidroeléctrica independente.


Elementos bibliográficos a consultar: APMH, "Rendibilidade de um Pequeno Aproveitamento Hidroeléctrico nas Actuais Condições do Mercado",

Comunicações do Simpósio sobre Aproveitamentos Hiroeléctricos, APRH, Lisboa 1997. Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Revisão e análise da legislação nacional.

2 Análise das características dos PAH nacionais.

3 Desenvolvimento, implementação e aplicação de um modelo de cálculo da rentabilidade de um PAH. Análise dos resultados.





Título: ANÁLISE COMPARATIVA DA PRODUÇÃO HIDROELÉCTRICA E EÓLICA DO PONTO DE VISTA DAS EMISSÕES DE CO2 Orientação científica:

Prof. José Lopes de Almeida e Prof. José Alfeu Sá Marques Assunto e objectivos: Após o protocolo de Quioto, estabelecido em 1997, vários países iniciaram esforços no sentido de limitar as suas emissões de CO2. No caso nacional, a satisfação da directiva da Comissão Europeia sobre energia eléctrica renovável (2001/77/EC) implicará que no ano de 2010, 39% da energia eléctrica produzida seja de origem renovável. A avaliação global do impacto ambiental dos processos de produção de energia renovável deve considerar a sua contribuição do ponto de vista das emissões de CO2. Partindo da selecção de determinados casos tipo, propõe-se uma avaliação dos fluxos de CO2, desde a construção até ao final da vida útil, de aproveitamentos hidroeléctricos e de aproveitamentos eólicos, dado serem estes tipos de empreendimentos os de maior relevância actualmente em Portugal. Esta avaliação possibilitará uma análise comparativa dos dois meios de produção, do ponto de vista das emissões de CO2. Este trabalho prevê o contacto com a EDP para a disponibilização de informação. Trabalhos envolvidos:

- Revisão e análise da bibliografia relativa ás emissões de CO2 em aproveitamentos hidroeléctricos e eólicos.

- Análise dos empreendimentos já construídos visando a selecção e caracterização de determinados casos tipo a estudar.

- Desenvolvimento e implementação do modelo de cálculo comparativo dos fluxos de CO2, desde a construção até ao final da vida útil dos empreendimentos.


Elementos bibliográficos a consultar: SÁ MARQUES, J.; LOPES DE ALMEIDA, J.; CARVALHO, R.; LEJEUNE, A., "Small Hydropower

Resources taking into account the Economical Benefits of the Non Existence of CO2 Emissions", Hidroenergia 95 / 4th International Conference and exhibition, p. 89-98, Milão, Itália, 1995.

Calendarização:

FASE ACÇÃO MESES 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Revisão e análise da bibliografia.

2 Selecção e caracterização de casos tipo a estudar.

3 Cálculo comparativo dos fluxos de CO2, desde a construção até ao final da vida útil dos empreendimentos. Análise dos resultados.





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




Título: Utilização de Reactores do Tipo MBBR na Reabilitação de Fossas Sépticas

Orientação científica:

Prof. Jorge Temido

Assunto e objectivos: Em Portugal Continental existem muitos pequenos aglomerados urbanos cujas águas

residuais são tratadas por fossas sépticas. De acordo com as exigências de tratamento mais recentes, o tratamento

assegurado pelas fossas sépticas não é em muitas circunstâncias considerado como tratamento apropriado,

particularmente quando o meio receptor é o meio hídrico, tornando-se necessário ampliar o grau de tratamento a

que as águas residuais são sujeitas.

Os reactores de biofilme com leito móvel (MBBR) realizam o tratamento biológico das águas residuais de um

modo simples, eficiente e compacto. A simplicidade do seu funcionamento e a sua robustez fazem deste

processo de tratamento uma boa opção para aumentar o grau de depuração das águas residuais a pré-tratamento

por fossas sépticas.

Por outro lado, todas as ETAR produzem lamas que necessitam de tratamento e destino final adequados. A

construção de sistemas de tratamento de lamas em pequenas ETAR, devido a problemas de escala, não se

justifica na grande maioria das situações, sendo preferível o seu transporte para uma unidade centralizada de

tratamento de lamas. Neste enquadramento, a construção de sistemas de tratamento de águas residuais com baixa

produção de lamas é uma vantagem, uma vez que permitem reduzir os custos de transporte e de armazenamento

das lamas. Os sistemas de biofilme, como os do tipo MBBR, pelas condições ambientais específicas em que se

desenvolvem, são também conhecidos pela sua menor produção de biomassa comparativamente com os sistemas

de lamas activadas, pelo que constituem, também da perspectiva da gestão das lamas, uma alternativa

interessante para o tratamento de águas residuais com origem em pequenos aglomerados urbanos.




Título: Utilização de Reactores do Tipo MBBR com Remoção Biológica de Nutrientes (RBN) na Reabilitação de Fossas Sépticas


Prof. Jorge Temido e Prof. Pedro Tavares

Assunto e objectivos: Em Portugal Continental existem muitos pequenos aglomerados urbanos cujas águas residuais são tratadas por fossas sépticas. De acordo com as exigências de tratamento mais recentes, o tratamento assegurado pelas fossas sépticas não é em muitas circunstâncias considerado como tratamento apropriado, particularmente quando o meio receptor é o meio hídrico, tornando-se necessário ampliar o grau de tratamento a que as águas residuais são sujeitas. Os reactores de biofilme com leito móvel (MBBR) realizam o tratamento biológico das águas residuais de um modo simples, eficiente e compacto. A simplicidade do seu funcionamento e a sua robustez fazem deste processo de tratamento uma boa opção para aumentar o grau de depuração das águas residuais a pré-tratamento por fossas sépticas. Por outro lado, todas as ETAR produzem lamas que necessitam de tratamento e destino final adequados. A construção de sistemas de tratamento de lamas em pequenas ETAR, devido a problemas de escala, não se justifica na grande maioria das situações, sendo preferível o seu transporte para uma unidade centralizada de tratamento de lamas. Neste enquadramento, a construção de sistemas de tratamento de águas residuais com baixa produção de lamas é uma vantagem, uma vez que permitem reduzir os custos de transporte e de armazenamento das lamas. Os sistemas de biofilme, como os do tipo MBBR, pelas condições ambientais específicas em que se desenvolvem, são também conhecidos pela sua menor produção de biomassa comparativamente com os sistemas de lamas activadas, pelo que constituem, também da perspectiva da gestão das lamas, uma alternativa interessante para o tratamento de águas residuais com origem em pequenos aglomerados urbanos. Nesta perspectiva, com o presente trabalho pretende-se analisar as cargas aplicadas, taxas de remoção e respectivas eficiências do sistema de tratamento, quer ao nível da fase líquida (água residual), quer ao nível da fase sólida (lamas). Devido ao facto da rejeição de águas residuais poder ser efectuado em zonas denominadas sensíveis à eutrofização, justifica-se um tratamento mais rigoroso por forma a cumprir as normas de descarga regulamentares, nomeadamente em parâmetros como CBO, CQO, azoto e fósforo. Calendarização

FASE ACÇÃO MÊS

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha e análise da bibliografia

2 Instalação laboratorial da unidade piloto

3 Exploração da unidade piloto

4 Análises laboratoriais dos efluentes líquidos (águas residuais e lamas)





Título: Valorização agrícola de lamas de ETAR: enquadramento e perspectivas futuras.

Orientação científica: Prof. Pedro Lopes Tavares Assunto e objectivos: As lamas de depuração produzidas nas Estações de Tratamento de Águas Residuais constituem um resíduo que deve ser gerido de uma forma apropriada e optimizada. O aumento da produção de lamas ao longo dos últimos anos resultantes de maiores exigências em termos de tratamento de águas residuais urbanas bem como do aumento da população servida por ETAR representa um problema de grande actualidade e extrema importância. Uma estratégia correcta de gestão de resíduos recomenda, nos casos em que não se torna viável uma redução significativa das quantidades produzidas, a valorização em utilizações compatíveis com a qualidade que é possível obter após um tratamento adequado. A valorização agrícola de lamas com aproveitamento da matéria orgânica e dos nutrientes, apoiada numa legislação bem fundamentada e pela posição da Comissão Europeia que incentiva a utilização de lamas na agricultura desde que sua qualidade seja adequada, assume-se como uma solução privilegiada, especialmente nos solos portugueses, deficitários em matéria orgânica. A legislação comunitária que regulamenta a aplicação de lamas em terrenos agrícolas encontra-se desactualizada e os documentos que têm surgido e que têm como objectivo a sua revisão propõem uma regulamentação mais restritiva que, a ser implementada, poderá trazer algumas consequências negativas para esta opção de destino final de lamas. No entanto, as críticas emanadas por alguns organismos competentes assim como o atraso na publicação da revisão da Directiva poderão significar, provavelmente, que algumas das alterações propostas não virão a ser legisladas. Em Portugal, com a implementação do Decreto-Lei nº 118/2006 a valorização agrícola de lamas ficou bastante bem regulamentada pondo fim a um uso indiscriminado e a uma certa falta de controlo na utilização das lamas. Por outro lado, as soluções de destino final de lamas associadas à produção energética hoje existentes, em nada se comparam com as existentes há uns anos atrás. Daí que se possam perspectivar algumas alterações no mercado de lamas. Com este trabalho pretende-se analisar quais as perspectivas futuras para a utilização de lamas na agricultura comparativamente com outras opções de destino final para as lamas produzidas num determinado conjunto de ETAR representantes de uma dada região.

Calendarização

FASE ACÇÃO MÊS

1º 2º 3º 4º 5º 6º

1 Recolha e análise da bibliografia

2 Enquadramento legislativo da gestão de lamas

3 Caracterização e análise da situação existente

4 Desenvolvimento e perspectivas futuras





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





Título: Estudos e elaboração de planos directores de drenagem urbana Orientação científica:

Prof. Alfeu Sá Marques e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo: O enorme crescimento populacional verificado no final do século XX e a crescente concentração urbana têm vindo a produzir impactos muito significativos sobre a qualidade de vida nos grandes aglomerados populacionais. A população urbana que era, no início do século XX, apenas 15 % da população mundial, estima-se que represente agora cerca de 50%. Esta tendência ir-se-á acentuar pois a população urbana mundial crescerá de 2,86 biliões em 2000 para 4,98 biliões em 2030, sendo de esperar nessa data que cerca de 60% da população mundial viva nas cidades. Estes números dão bem ideia da magnitude do problema. Como consequências deste movimento, importantes e significativos impactos são sentidos em todos os aspectos da vida das cidades, de um modo geral, e de um modo particular no que se refere aos sistemas de saneamento básico e ainda mais de uma forma, que embora de modo aleatório, se traduz por danos materiais e humanos frequentemente significativos, nos sistemas de drenagem. A consequência mais visível deste tipo de impacto, nas infra-estruturas de drenagem, têm sido as inundações e as cheias. Enquadramento: Estudo a realizar no âmbito dos protocolos existentes: 1- entre a Câmara Municipal de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação sobre Hidrologia Urbana; 2 –entre as Águas de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação, sobre Planeamento, gestão, controlo e inovação nos sistemas de abastecimento de água e drenagem de águas residuais e pluviais. Trabalhos envolvidos: • Definição de riscos de projecto. • Definição de cenários de desenvolvimento urbano. • Escolha do modelo hidrológico. • Ajuste e/ou estimativa dos parâmetros dos modelos. • Simulação das alternativas. • Avaliação económica de alternativas e dos riscos associados. Elementos bibliográficos a consultar: • Sá Marques J. A, Carvalho, M. R. L. M. F de, Simões, N., Pina, R. e Reis, P., 2007. Estudos de Hidrologia

Urbana - Relatório final. Laboratório de Hidráulica, Recursos Hídricos e Ambiente, Departamento de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências e Tecnologia, Instituto de Investigação Interdisciplinar da Universidade de Coimbra, Coimbra, Portugal.

• Planos directores de drenagem urbana. • Programa Nacional para uso eficiente da água. • Instituto do Ambiente (2002): “Estratégia Nacio nal para o Desenvolvimento Sustentável –ENDS 2002”,

Lisboa, Portugal. • European Commission (1998): “Task-Force Environment-Water”, Bruxelas, Bélgica. Calendarização: Fase Acção 1 2 3 4 5 6

1 Recolha e análise de bibliografia2 Estudo de planos directores3 Simulação de alternativas 4 Redacção do trabalho




Título: Avaliação de custos de operação, manutenção e exploração de infraestruturas de sistemas de drenagem urbana Orientação científica:

Inv. Luís Mesquita David (LNEC) e Prof. Alfeu Sá Marques Colaboração: Prof. Rita Fernandes de Carvalho, Eng. Nuno Simões e Bolseiro Rui Pina; Assunto e objectivo: Os sistemas de drenagem urbana tem por finalidade colectar os caudais de águas residuais domésticas e pluviais e transporta-los até um destino final adequado, prevenindo inundações e a descarga de águas residuais para os meios receptores. Estes sistemas dispõem de um conjunto de infraestruturas que requer manutenção, exploração e, em diversos casos, reabilitação. O envelhecimento dos sistemas, o aumento das exigências da legislação ambiental e a necessidade de sustentabilidade dos sistemas obrigam a decisões cada vez mais fundamentadas nestas actividades. Pretende-se avaliar os custos de construção, de manutenção e de exploração de diferentes opções de reabilitação de um subsistema da cidade de Coimbra. Enquadramento: Estudo a realizar no âmbito dos protocolos existentes: 1- entre a Câmara Municipal de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação sobre Hidrologia Urbana; 2 –entre as Águas de Coimbra e o Instituto Interdisciplinar de Investigação, sobre Planeamento, gestão, controlo e inovação nos sistemas de abastecimento de água e drenagem de águas residuais e pluviais. Trabalhos envolvidos: • Estudo de métodos de dimensionamento das diversas infraestruturas. • Recolha de elementos sobre construção, manutenção e exploração de infraestruturas. • Análise custo/benefício de diferentes opções. Elementos bibliográficos a consultar: • Planos directores de drenagem urbana. • Instituto do Ambiente (2002): “Estratégia Nacional para o Desenvolvimento Sustentável –ENDS 2002”,

Lisboa, Portugal. • European Commission (1998): “Task-Force Environment-Water”, Bruxelas, Bélgica. Calendarização: Fase Acção 1 2 3 4 5

1 Recolha e análise de bibliografia 2 Recolha de dados 3 Análise e tratamento dos dados 4 Desenvolvimento de um modelo hidráulico e de custos 5 Redacção do trabalho




Título/ Tema: Sistemas sustentáveis de drenagem urbana: soluções de infiltração Orientação científica:

Inv. Luís Mesquita David (LNEC) e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo: A expansão urbana ocorre frequentemente a montante de núcleos antigos, que foram planeados de acordo com as necessidades da época. Em vários casos, os sistemas de drenagem das novas urbanizações são ligados à rede existente a jusante, provocando o seu subdimensionamento e inundações. Esta abordagem tradicional não é sustentável, pelo que diversos países têm desenvolvido soluções que procuram aproximar, tanto quanto possível e a custos controlados, o regime de drenagem urbano ao regime natural, nomeadamente através do controlo do escoamento no local em que este é alterado, i.e., a montante e ao longo da bacia de drenagem. Muitas destas soluções de controlo na origem pretendem igualmente 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. Em muitos casos, procura-se que os caudais drenados após a urbanização não excedam os anteriormente gerados na bacia natural. A aplicação 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 envolvidos: • Revisão bibliográfica; • Estudo comparativo de soluções; • Avaliação dos potenciais benefícios através da aplicação a um caso de estudo e da modelação simplificada

com séries históricas de precipitação. Elementos bibliográficos a consultar: • Bäckström M., Malmqvist P. -A., Viklander M. (2002). Stormwater management in a catchbasin perspective

- best practices or sustainable strategies?. Wat. Sci. Tech., 46(6-7), 159-166. • David L.M., Sousa P. (2008). SUDS application in catchment retrofitting: suitability for the Lisbon rainfall

pattern. Submetido ao 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, UK, 31 August - 6 September 2008

• Fischer D., Charles E. G., and Baehr A. L. (2003). Effects of stormwater infiltration on quality of groundwater beneath retention and detention basins. Journal of Environmental Engineering, 129(5), 464-471.

• Greater Vancouver Regional District (2005). Stormwater Source Control Design Guidelines. Greater Vancouver Sewerage & Drainage District.

• Marsalek J., Ashley R., Chocat B., Matos M.R., Rauch W., Schilling W. and Urbonas B. (2007). Urban drainage at cross-roads: Four future scenarios ranging from business-as-usual to sustainability. Cities of the Future Towards Integrated Sustainable Water and Landscape Management. Ed. V. Novotny and P. Brown. IWA Publishing.

• Pitt R., Clark S., Field R. (1999). Groundwater contamination potential from stormwater infiltration practices. Urban Water, 1(3), 217-236.

• U.S. Env. Protection Agency (2004). Stormwater Best Management Practice Design Guide. • U.S. Env. Prot. Agency (2004). The Use of Best Management Practices in Urban Watersheds. • Woods-Ballard B., Kellagher R., Martin P., Jefferies C., Bray R. and Shaffer P. (2007). The SUDS Manual,

CIRIA C697, London.




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




Título/ Tema: Armazenamento de águas superficiais por pavimentos porosos Orientação científica:

Inv. Luís Mesquita David (LNEC) e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo: A expansão urbana ocorre frequentemente a montante de núcleos antigos, que foram planeados de acordo com as necessidades da época. Em vários casos, os sistemas de drenagem das novas urbanizações são ligados à rede existente a jusante, provocando o seu subdimensionamento e inundações. Esta abordagem tradicional não é sustentável, pelo que diversos países têm desenvolvido soluções que procuram aproximar, tanto quanto possível e a custos controlados, o regime de drenagem urbano ao regime natural, nomeadamente através do controlo do escoamento no local em que este é alterado, i.e., a montante e ao longo da bacia de drenagem. Muitas destas soluções de controlo na origem pretendem igualmente 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. Em muitos casos, procura-se que os caudais drenados após a urbanização não excedam os anteriormente gerados na bacia natural. A aplicação 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 envolvidos: • Revisão bibliográfica; • Estudo comparativo de soluções; • Avaliação dos potenciais benefícios através da aplicação a um caso de estudo e da modelação simplificada

com séries históricas de precipitação. Elementos bibliográficos a consultar: • Bäckström M., Malmqvist P. -A., Viklander M. (2002). Stormwater management in a catchbasin perspective

- best practices or sustainable strategies?. Wat. Sci. Tech., 46(6-7), 159-166. • David L.M., Sousa P. (2008). SUDS application in catchment retrofitting: suitability for the Lisbon rainfall

pattern. Submetido ao 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, UK, 31 August - 6 September 2008

• Fischer D., Charles E. G., and Baehr A. L. (2003). Effects of stormwater infiltration on quality of groundwater beneath retention and detention basins. Journal of Environmental Engineering, 129(5), 464-471.

• Greater Vancouver Regional District (2005). Stormwater Source Control Design Guidelines. Greater Vancouver Sewerage & Drainage District.

• Marsalek J., Ashley R., Chocat B., Matos M.R., Rauch W., Schilling W. and Urbonas B. (2007). Urban drainage at cross-roads: Four future scenarios ranging from business-as-usual to sustainability. Cities of the Future Towards Integrated Sustainable Water and Landscape Management. Ed. V. Novotny and P. Brown. IWA Publishing.

• Pitt R., Clark S., Field R. (1999). Groundwater contamination potential from stormwater infiltration practices. Urban Water, 1(3), 217-236.

• U.S. Env. Protection Agency (2004). Stormwater Best Management Practice Design Guide. • U.S. Env. Prot. Agency (2004). The Use of Best Management Practices in Urban Watersheds. • Woods-Ballard B., Kellagher R., Martin P., Jefferies C., Bray R. and Shaffer P. (2007). The SUDS Manual,

CIRIA C697, London.




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 dispositivos de dissipação de energia em sistema de drenagem pluvial; 2- Escolha de dispositivos (já pré-definidos), de parâmetros característicos (inclinação da rampa, tamanho e afastamento dos acessórios, etc) e de parâmetros a medir; 3 - Dimensionamento da instalação a colocar dentro do canal do laboratório de hidráulica, recursos hídricos e ambiente; escolha de parâmetros de optimização; 4- Testes e configurações de base, estabelecimento do plano de ensaios e de secções de medição; 5- Caracterização do escoamento ao longo do dispositivo, a partir do conjuto de dados experimentais, avaliação da energia específica no fim do dispositivo e conclusões - 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. Yasuda, Y., Ohtsu, I., Flow resistance of skimming flow in stepped channels, Proceedings 28th IAHR Congress, Graz, B14, 1999. Mendes, P. “Dissipação de energia em hidráulica pluvial – Estudo de descarregadores com travessas” Tese de Mestrado Integrado DEC, FCTUC (em curso) Calendarização: Fase Acção 1 2 3 4 5


2Adaptação e construção da instalação experimental

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




Título: Análise do fenómeno de ruptura de barragens em aterro com vista à hierarquização do perigo associado ao conjunto barragem e albufeira.

Orientação científica: Prof. Mário J. Franca e Prof. A. Betâmio de Almeida (Instituto Superior Técnico)

Assunto e objectivos: Não obstante a baixa probabilidade de ocorrência, as consequências catastróficas resultantes de uma cheia resultante da ruptura de uma barragem obrigam os organismos responsáveis pela segurança e protecção civil e a comunidade técnico-científica a debruçarem-se sobre a fenomenologia deste tipo de acidentes de forma a estudar e planear soluções de prevenção e mitigação dos seus efeitos. Métodos sistemáticos e expeditos de avaliação do nível de perigo associado a barragens são úteis na análise de risco. Uma rápida mas fundamentada estimativa do risco permitirá a correcta hierarquização das intervenções em estruturas existentes. Pretende-se abordar uma metodologia simplificada para estimar o caudal máximo recorrente da ruptura de uma barragem em aterro com base em parâmetros facilmente estimáveis no terreno. Será ainda abordado o conceito de classificação da perigosidade de albufeiras tendo em conta a sensibilidade do caudal máximo, resultante de uma ruptura, às taxas de erosão e de descida do nível da albufeira.


- Análise do fenómeno da ruptura de barragens e dos métodos de estimativa do caudal máximo. - Análise de variáveis intervenientes no processo de ruptura de barragens por galgamento. - Revisão e eventual actualização da metodologia de cálculo do caudal sólido do modelo RoDaB. - Simulações numéricas sistemáticas utilizando um modelo computacional de brechas (RoDaB). - Síntese da informação relacionada com um parâmetro geomorfológico de classificação de albufeiras.

Elementos bibliográficos a consultar:

Almeida, A.B.; Matias Ramos, C.; Santos, M.A.; Viseu, T. Dam Break Flood Risk Management in Portugal. Lisboa: Laboratório Nacional de Engenharia Civil, 2003.

Franca, M.J.; Braunschweig, F.; Almeida A.B. – “RODAB: um novo modelo de ruptura de barragens baseado em resultados experimentais”, 7° Congresso da Agua, Lisboa, Março 2004.

RSB - Regulamento de Segurança de Barragens, Decreto-Lei nº. 11/90 de 6 de Janeiro. Walder, J.S.; O’Connor, J.E. – “Methods for predicting peak discharges of floods caused by failure of natural

and constructed dams”. Water Resources Research 33(10) 1997, pp. 2337-2348. Calendarização:

FASE ACÇÃO MÊS 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Análise de bibliografia e casos de estudo 2 Análise das variáveis intervenientes no processo

de ruptura; familiarização com o modelo RoDaB

3 Execução de simulações numéricas sistemáticas 4 Sintese dos resultados 5 Redacção final da tese




Título: Reconstituição da ruptura da barragem das minas da Fonte Santa (Freixo Espada à Cinta): análise da formação da brecha e da propagação da onda de cheia no vale a jusante.

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

Assunto e objectivos: No dia 28 de Novembro de 2006 a combinação de um episódio de precipitação extraordinária com a obstrução parcial da descarga de cheia da barragem de retenção de lamas das minas da Fonte Santa (Freixo de Espada à Cinta, distrito de Bragança) originaram o galgamento do corpo da barragem e a sua consequente ruptura total. A barragem, constituída por um aterro informal, tinha cerca de 25 m de altura e um coroamento com cerca de 100 m comprimento e 10 m de largura. As lamas retidas na albufeira são um subproduto resultante da extracção e lavagem de Volfrâmio nas minas da Fonte Santa. O corpo da barragem foi praticamente todo erodido (cerca de 4500 m3), tendo restado uma pequena parte do aterro na zona do encontro direito da barragem. Parte das lamas acumuladas imediatamente a montante da barragem foram igualmente erodidas e transportadas para jusante (cerca de 1600 m3). Os impactos morfológicos no vale a jusante da barragem foram notórios, nomeadamente nos 5 km imediatamente a jusante da secção onde se situa a barragem. Após a ocorrência da ruptura da barragem foi executado um levantamento pormenorizado do acidente, nomeadamente: brecha da barragem; lamas libertadas do fundo da albufeira; modificações morfológicas no leito e margens (erosão e deposição); níveis máximos de cheia; impactos em estruturas e no meio ambiente envolvente. Pretende-se com este trabalho a reconstituição do acidente e a simulação da cheia resultante da ruptura da barragem através da modelação computacional. Para tal serão utilizados os dados recolhidos no terreno aquando do levantamento pormenorizado e modelos numéricos de brecha e de propagação de uma onda de cheia num vale.

Enquadramento: Colaboração com Eng. Sílvia Amaral do Núcleo de Recursos Hídricos e Estruturas Hidráulicas do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC).


- Estudo do fenómeno da ruptura de barragens. - Estruturação e análise da informação de terreno sobre o acidente (eventual visita ao vale). - Calibração e validação dos modelos numéricos de brecha e propagação da onda de cheia com as

observações. - Síntese da informação e relatório final.

Elementos bibliográficos a consultar:

Franca M.J., Gézero L., Ferreira R.M.L., Amaral S. e Montenegro H.D.B., The failure of the Fonte Santa mine tailing dam (Northeast Portugal), 5th RCEM 2007, Enschede, Setembro 2007.

Calendarização:

FASE ACÇÃO MÊS 1º 2º 3º 4º 5º 6º 1 Estudo do fenómeno da ruptura de barragens 2 Estruturação e análise da informação de terreno

sobre o acidente

3 Familiarização com os modelos numéricos 4 Calibração e validação dos modelos numéricos 5 Sintese dos resultados e redacção final da tese




6. HIDRÁULICA EXPERIMENTAL

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

Prof. Francisco Sancho e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo:

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. Pretende-se contribuir com o estudo de batedores recentemente 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). Pretende-se ainda estudar a performance dos batedores de ondas no respeitante à absorção de ondas reflectidas dentro do canal. Trabalhos envolvidos: • 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 Elementos bibliográficos a consultar: Manuais dos equipamentos de medição e do sistema AWACS Tese de mestrado integrada de Fernando Santos (em curso) DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists; 1991. Coastal Engineering Manual – USACE http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=ResearchAreas;7 Calendarização:

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


3 Geração de ondas e testes4 Medições e tratamento de dados5 Redacção do trabalho




Título/ Tema: Ensaio da hidrodinâmica de onda + corrente no canal do LHRHA Orientação científica:

Prof. Francisco Sancho e Prof. Rita Fernandes de Carvalho Assunto e objectivo:

Portugal tem uma costa de 800 km de comprimento. A orla costeira é alvo de constantes alterações naturais e de intervenção humana. Em diversas situações ambientais, as ondas marítimas sobrepõem-se a correntes de maré ou outras, por exemplo, como acontece em embocaduras de estuários. O efeito combinado desta acção é deveras importante no respeitante ao transporte de sedimentos, que por sua vez determina o estado erosivo de praias estuarinas e costeiras. Pretende-se ensaiar a interacção de ondas com correntes colineares, quer no mesmo sentido quer no sentido oposto ao da propagação das ondas. Ensaiar-se-ão várias condições de combinação de onda e corrente, correspondendo a ondas monocromáticas e agitação irregular, com diferentes frequências de pico, tipos de espectro e condições de energia (alturas de onda). Trabalhos envolvidos: • 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. • Comparação com resultados teóricos e experimentais disponíveis na bibliografia. • Opcional – Comparação de resultados com modelos numéricos. Elementos bibliográficos a consultar: Manuais dos equipamentos de medição e do sistema AWACS Tese de mestrado integrada de Fernando Santos (em curso) DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists; 1991. Coastal Engineering Manual – USACE http://chl.erdc.usace.army.mil/chl.aspx?p=s&a=ResearchAreas;7 Calendarização: Fase Acção 1 2 3 4 5 6

1 Recolha e análise de bibliografia 2 Estudo da instalação experimental 3 Geração e absorção de ondas e correntes 4 Selecção de locais de medição e medição 5 Redacção do trabalho




Título: Leis de resistência de tubagens de plástico Orientação científica:

Prof. António Freire Diogo Assunto e objectivos: Nas aplicações correntes de sistemas hidráulicos e em algumas obras de engenharia hidráulica já com alguma dimensão é comum a utilização de tubagens tais como o PVC rígido ou o polietileno de alta densidade. Frequentemente são utilizadas leis de resistência que não foram desenvolvidas especificamente para este tipo de materiais. Pretende-se efectuar um trabalho de síntese sobre o estado do conhecimento neste domínio, propondo o procedimento a adoptar ou uma aproximação possível para as leis. Enquadramento: Mestrado Integrado em Engenharia Civil. Eventual possibilidade de estabelecimento de protocolo(s) de colaboração a estudar com o tecido empresarial do sector. Trabalhos envolvidos:

- Síntese do estado do conhecimento na área. - Execução de ensaios laboratoriais em escoamentos sob pressão e em escoamentos com superfície livre. - Análise dos resultados obtidos e proposta das leis a adoptar e respectivos coeficientes.

Elementos bibliográficos a consultar: Quintela (2002), Hidráulica, 8ª Edição, Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa. Calendarização (5 meses): Início - 11 de Fevereiro de 2007. Datas limite de entrega da dissertação - 1 ou 18 de Julho de 2007.

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Elaboração de ensaios laboratoriais

3 Tratamento e análise dos resultados obtidos





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.




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


Assunto e objectivos: Rios com leito de gravilha 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 gravilha 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. Pretende-se com este trabalho complementar o trabalho de análise desenvolvido por Joana Lencastre de Campos 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. Pretende-se desta vez que se desenvolva a análise dos campos de velocidade instantâneos a montante e em torno da 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: Colaboração com a equipa de Hidráulica Fluvial do Instituto Superior Técnico na pessoa do Professor Rui M.L. Ferreira. Possibilidade de integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/65442/2006 (Caracterização de habitats fluviais: hidrodinâmica e transporte sólido).


- 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.

Elementos a consultar:

Bedload Research International Cooperative: http://www.bedloadresearch.org/ Lacey R.J. e 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. and 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 Técnicas de medição PIV 3 Análise e tratamento de dados 4 Sintese dos resultados e redacção final da tese




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


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 superficias 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 de leito de gravilha 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: Colaboração com a equipa de Hidráulica Fluvial do Instituto Superior Técnico na pessoa do Professor Rui Ferreira. Possibilidade de integração no Projecto de Investigação PTDC/ECM/65442/2006 (Caracterização de habitats fluviais: hidrodinâmica e transporte sólido).


- 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.

Elementos a consultar:

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

ECRR – European Centre for River Restoration. http://www.ecrr.org Franca M. J. (2005), A field study of turbulent flows in shallow gravel-bed rivers, tese de doutoramento nº 3393,

École Polytechnique Fédérale de Lausanne. Nezu I. e 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 experimental (opcional) 4 Síntese dos resultados e redacção final da tese




Título/ Tema: Dissipação da energia da onda em fundos diversos (pode ser mais de uma tese) Orientação científica:

Prof. Rita Fernandes de Carvalho e

Prof. Francisco Sancho (diversos fundos ) / Prof. Mário Franca (fundos com vegetação) Assunto e objectivo: 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 envolvidos: • 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 Fase Acção 1 2 3 4 5



3 Geração de ondas4 Selecção de locais de medição e medição5 Redacção do trabalho

Bibliografia: KOBAYASHI, N.; RAICHLE, A. W.; ASANO, “T. Wave attenuation by vegetation.”, Journal of Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, v. 199, p. 30–48, 1993. DEAN, R. G.; DALRYMPLE, R. A. Water wave mechanics for engineers and scientists. Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific Publishing Company, 1991. VASCO, J. R.G. “Modelo conceitual de dissipação da energia da onda que se propaga por fundos vegetados”, Dissertação de mestrado em Recursos Hídricos e Tecnologias Ambientais, Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira - Universidade Estadual Paulista, 2005 VASCO, J. R. G.; MACIEL, G. F. Propagação de ondas em áreas vegetadas. In: Congresso de Métodos Computacionais em Engenharia, 2004, Lisboa.




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




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






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





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





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





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






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. Enquadramento: Protocolo com Águas de Coimbra no âmbito do “Planeamento, Gestão, Controlo e Inovação nos Sistemas de Abastecimento de Água e Drenagem de Águas Residuais e Pluviais”. Bolsa de 3 meses disponível (alunos com média de 14 valores ou superior). Prémio anual no valor de 1 500€ (mil e quinhentos euros) ao aluno melhor classificado da Licenciatura em Engenharia Civil (Perfil de Hidráulica). 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




Título: Decaimento de Cloro em Sistemas Públicos de Distribuição de Água


Prof. Jorge Temido Assunto e objectivos: A produção de água potável, incluindo a captação e o tratamento, tende, por razões técnico-económicas, a concentrar-se em menor número de pontos estratégicos, o que leva ao aumento da extensão dos sistemas de transporte e de distribuição, com o consequente aumento do tempo de residência da água nestes sistemas.

Surge assim uma dificuldade acrescida no que se refere à manutenção da qualidade da água desde a produção até à distribuição final, ganhando maior acuidade não só os requisitos no tratamento mas, também, o conhecimento das alterações físico-químicas e microbiológicas que ocorrem nos sistemas de transporte e distribuição até ao ponto final de consumo.

Desde a década de 80 que a modelação matemática de qualidade da água em computador se impôs como uma ferramenta valiosa para prever o comportamento da água ao longo dos sistemas de distribuição, revelando-se um método mais expedito e económico que a medição experimental.

O recurso a modelos de qualidade pode proporcionar à entidade gestora uma redução dos custos de operação, nomeadamente na optimização da desinfecção da rede, uma vez que aqueles constituem uma ferramenta na definição da localização das estações de recloragem na óptica da redução da dosagem total do desinfectante e, simultaneamente, da formação de espécies cancerígenas prejudiciais à saúde.

Porém, a utilização destes modelos pressupõe, para além de um rigoroso desenvolvimento e calibração do modelo hidráulico subjacente, uma atenção muito particular à cinética das reacções da espécie a modelar, caso esta seja não conservativa, como acontece com o cloro residual.

Apesar da complexidade dos mecanismos reaccionais envolvidos nestes processos, foram já propostas leis cinéticas que traduzem de uma forma global o decaimento do desinfectante, sendo o modelo mais largamente usado o modelo exponencial de 1ª ordem simples, em que a concentração do cloro diminui exponencialmente no tempo.

Contudo, existe, actualmente, ainda uma necessidade de aprofundar o conhecimento dos factores que determinam as variações de qualidade da água ao longo dos sistemas de distribuição, em particular do comportamento cinético do cloro residual e da sua relação com parâmetros físico-químicos, microbiológicos, hidrodinâmicos e com as características da rede.

Assim, o presente trabalho tem como objectivo geral o estudo e compreensão das relações cinéticas que descrevem o decaimento do cloro em sistemas de distribuição de água, assim como dos factores que influenciam o comportamento.




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.

Calendarização:

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Análise dos modelos de optimização existentes

3 Implementação do programa de optimização





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





Título: Metodologias para a operação de infraestruturas em situação de risco Orientação científica:

Prof. M. Conceição Cunha Assunto e objectivos: As infraestruturas 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. Assim, é necessário dispor de metodologias que permitam aos decisores definir as acções para tornar as infraestrutureas 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 infraestruturas em situação de risco.. Enquadramento: Tarefa no âmbito do MIT-Portugal Program na área do Generalized Global Risk Assessment of the HSR System e do projecto Integrated risk management of public urban infrastructures (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 sobre 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





Título: Modelos de Apoio à Decisão para a definição sistemas agrícolas sustentáveis Orientação científica:

Prof. M. Conceição Cunha Doutora Teresa Leitão (Laboratório Nacional de Engenharia Civil) Assunto e objectivos: Implementação de um modelo de optimização para a definição das melhores práticas agrícolas e das culturas mais sustentáveis, que possam contribuir para diminuir o risco de degradação da qualidade das águas subterrâneas. Enquadramento: Projecto de investigação financiado pela FCT: Metodologias para um Melhor Planeamento e Gestão do Uso do Solo Agrícola Atendendo à Vulnerabilidade dos Aquíferos à Poluição Difusa. (POCTI/AGR/57719/2004). Trabalhos envolvidos:

- Recolher informação para integrar o conhecimento dos diferentes processos que interferem na migração dos poluentes de origem agrícola (fertilização de solos), para diferentes meios (solos, zona vadosa e águas subterrâneas).

- Implementação de um programa de optimização para a resolução do problema descrito. Elementos bibliográficos a consultar: CUNHA, M.C., “Irrigation management: the optimization perspective”, in Sustainable Irrigation Management

Technologies and Policies, WIT Transactions on Ecology and the Environment, Vol 96, Edited by G. Lorenzini, C.A. Brebbia, WIT press, pp. 237-246, 2006.

Calendarização:

FASE ACÇÃO

1º 2º 3º 4º 5º 6º


2 Construção das funções a usar no modelo de optimização

3 Implementação do modelo de optimização


Temas de Dissertacoes de Mestrado - Civil e Ambiente 2008-2009lhidro/MIEC_EA.pdf · comportamento...

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