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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2022.tde-12072024-090413
Document
Author
Full name
Rodrigo Martins Lucci
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2022
Supervisor
Committee
Martins, José Rodolfo Scarati (President)
Reis Junior, Dirceu Silveira
Soares, Alexandre Kepler
Title in Portuguese
Desempenho de modelos hidrodinâmicos 1D e 2DH para estimativa de manchas de inundação e sua relação com a morfologia do vale a jusante de barragens.
Keywords in Portuguese
Barragens (Segurança) Drenagem
Desempenho de modelos hidrodinâmicos
Manchas de inundação
Modelagem 1D e 2DH
Abstract in Portuguese
Atualmente o mapeamento de áreas potencialmente inundáveis é exigido como resultados dos estudos hidrológicos e hidráulicos que envolvem eventos de grande magnitude de descargas, como nas estimativas de impactos de rompimento de barragens, avaliações de cheias extremas, diagnósticos de sistemas de drenagem, alterações nos níveis dágua causados por intervenções nos corpos hídricos etc. A geração de manchas de inundação em rios pode ser bem representadas por modelos 1D e 2DH, pois grande parte dos cursos dágua apresentam as duas dimensões horizontais, uma longitudinal e outra transversal ao eixo do rio, mais significativas que a dimensão vertical. Os cursos dágua que apresentam declividade baixa com planícies de inundação planas e extensas dificultam a definição correta do limite das áreas potencialmente inundáveis por meio de modelação matemática. O objetivo desta pesquisa é avaliar o desempenho de modelos hidrodinâmicos 1D e 2DH e relacioná-lo com a morfologia do vale a jusante de barragens, com a caracterização de diferentes trechos de rios em função de suas declividades e planícies laterais, e relacioná-las com os resultados das simulações nos modelos 1D e 2DH para eventos observados para avaliar e comparar seus desempenhos. A categorização da topografia foi realizada para os vales de jusante das barragens de Jurumirim, Paranapanema, Chavantes e Ourinhos, localizada no rio Paranapanema que divide os estados de São Paulo e Paraná. Por meio do estudo morfométrico foi identificado um parâmetro p para cada vale, que relaciona área da superfície inundada com a respectiva profundidade. Para as simulações hidrodinâmicas 1D e 2DH foi utilizado o software HEC-RAS, com os dados da cheia de janeiro de 2016. Para o desempenho de cada modelo, os resultados foram comparados com a mancha de inundação obtida com a imagem de satélite de 21 de janeiro de 2016 da Planet Labs 2019. O desempenho dos modelos foi diferente para cada vale de jusante estudado, e foram similares entre os modelos com mínimas diferenças, porém de forma geral o modelo 2DH apresentou maior acerto que o modelo 1D, entre 0,07% e 17,75%. Conclui-se que houve uma tendência do aumento do desempenho do modelo 2DH em relação ao modelo 1D para os vales com maior parâmetro p e menor declividade.
Title in English
Performance of 1D and 2DH hydrodynamic models to estimate flood maps and their relationship with valley morphology downstream of dams.
Keywords in English
1D and 2DH modeling
Dam safety
Flood maps
High density of observed data
Performance and calibration of hydrodynamicModels
Abstract in English
Currently, the mapping of potentially floodable areas is required as a result of hydrological and hydraulic studies that involve events of great magnitude of discharges, such as in the estimation of impacts of dam ruptures, assessments of extreme floods, diagnosis of drainage systems, changes in water levels. 'water caused by interventions in water bodies etc. The generation of flood spots in rivers can be well represented by 1D and 2DH mathematical models, since most watercourses have two horizontal dimensions, one longitudinal and the other transversal to the river axis, more significant than the vertical dimension, with a ratio of kilometers to meters. Watercourses with low slopes with flat and extensive floodplains make it difficult to correctly define the limits of potentially floodable areas through mathematical modeling. The objective of this research is to evaluate the performance of 1D and 2DH hydrodynamic models and to relate it to the morphology of the valley downstream of dams, with the characterization of different river stretches according to their slopes and lateral plains, and to relate them with the simulation results in the 1D and 2DH models for observed events to evaluate and compare their performances. The topography categorization was performed for the downstream valleys of the Jurumirim, Paranapanema, Chavantes and Ourinhos dams, located on the Paranapanema river that divides the states of São Paulo and Paraná. Through the morphometric study, a parameter p was identified for each valley, which relates the area of the flooded surface with the respective depth. For the 1D and 2DH hydrodynamic simulations, the HEC-RAS software was used, with the January 2016 flood data. For the performance of each model, the results were compared with the flood spot obtained with the satellite image of January 2016 from Planet Labs 2019. The performance of the models was different for each downstream valley studied, and they were similar between the models with minimal differences, but in general the 2DH model was more accurate than the 1D model. It is concluded that there was a trend towards an increase in the performance of the 2DH model in relation to the 1D model for the valleys with the highest p parameter.
 
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Publishing Date
2024-07-15
 
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