Estudo da sustentabilidade do rio Cocó através do método espectral em grade não-uniforme para os cálculos da advecção-dispersão de poluentes

Autor: Rocha, Paulo Alexandre Costa
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2006
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFCUniversidade Federal do CearáUFC.
Druh dokumentu: Doctoral Thesis
Popis: ROCHA, P. A. C. Estudo da sustentabilidade do rio Cocó através do método espectral em grade não-uniforme para os cálculos da advecção-dispersão de poluentes. 2006. 107 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006.
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The present work represents a study of the resistance of the estuarine zone of the Cocó river in Fortaleza, Ceará - Brazil, to the injection of organic pollutant. In order to accomplish this goal a mathematical model was developed and a C++ code was written to solve the model equations. The flow and pollutant dispersion were simulated for a particular section of the Cocó River under tidal influence. The Saint-Vennant equations were solved using boundary conditions appropriated to that situation. The McCormack’s explicit approach was applied to implement a numerical solution of the equations. The mass transport was simulated by an Advection-Dispersion equation using a first order decay. A pseudo-spectral method with explicit time step was applied and the solution of the system of equations was performed by Gauss algorithm without pivot condensation. The results of the McCormack’s approach were reliable to estimate estuary conditions where the flow was influenced by the tidal movement. The results of Advection – Dispersion (A-D) equations have shown that spectral methods were sensible to the boundary conditions of the problem. On the other hands, the results of A-D equations presented a mass retention in the estuarine zone. That fact lets one to believe that the defined boundary conditions to the problem were not appropriated to that situation. Thus, another boundary conditions were defined by using a hypothetical new estuarine zone ten times bigger than the Cocó River estuarine zone. As a result of that change, the mass retention cease to exist, and the problem became physically correct. The Villela’s (1988) hypothesis on nonstationary behavior of the estuarine zone – Cocó River interface was confirmed.
O presente trabalho apresenta um estudo de resistência à injeção de carga orgânica na zona estuarina de um importante manancial da Região Metropolitana de Fortaleza, no caso o Rio Cocó. Para tanto, foi desenvolvido um programa em C++, com a finalidade de simular o escoamento e a dispersão de poluentes em um trecho específico do rio, que recebe influência direta da maré. Para a simulação do escoamento, foi utilizada uma forma das equações de Saint Vennant, com as condições de contorno apropriadas. Na resolução numérica foi aplicado um esquema explícito de diferenças finitas, no caso o de McCormack. Uma vez calculados os perfis temporais do escoamento, a equação de Advecção-Dispersão (A-D) foi utilizada, usando um fator de decaimento de 1ª ordem, para simular o transporte de massa de DBO (Demanda Bioquímica de Oxigênio). O programa desenvolvido aplicou um método pseudoespectral com passo de tempo explícito. Para a solução dos sistemas gerados foi utilizado o algoritmo de Gauss sem condensação pivotal. Os resultados encontrados para o escoamento atestam o perfeito ajuste do esquema de McCormack a situações de estuário, onde o movimento de maré faz com que o fluxo esteja uma hora em um sentido e em outra hora no sentido oposto. Já os resultados de A-D demonstraram a sensibilidade dos métodos espectrais às condições de contorno impostas. Ao se resolver a equação para o trecho em estudo do Rio Cocó, houve acúmulo de massa no estuário, indicando que alguma condição de contorno de escoamento não era condizente com a realidade. Aplicando-se a resolução para um estuário hipotético, dez vezes maior que o considerado, o acúmulo de massa desapareceu, e resultados ficaram de acordo com a física do problema. Este fato ratificou a hipótese que a condição de contorno da interface com o rio (aproximadamente no KM 20) não poderia ser estacionária, resultado que está de acordo com o encontrado por Villela (1988).
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
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