Boletim Informativo nº 147 | Outubro 2014
Prémio APRH – Biénio 2012/2013
O Prémio APRH tem o valor de 2 000 € no caso da Tese de Doutoramento e de 1 000 € caso da Dissertação de Mestrado.
Os premiados, que apresentaram uma síntese dos trabalhos que desenvolveram, foram:
Teses de Doutoramento
Um trabalho premiado e duas menções honrosas:
Prémio – “Urban pluvial flood forecasting”, de Nuno Eduardo da Cruz Simões
Menção honrosa – “Hydrodynamics of turbulent flows within arrays of circular cylinders”, de Ana Margarida da Costa Ricardo
Menção honrosa – “Tratamientos integrados aplicados a águas residuales procedentes de pequeñas y medianas queserías”, de Ana Rita da Silva Prazeres
Dissertações de Mestrado
Dois trabalhos premiados ex aequo:
“Profiling consumption patterns using extensive measurements”, de Aisha Zulquifal Mamade;
“Modelação numérica 3D de escoamentos em descarregadores de cheias com escoamento em superfície livre. Descarregador complementar de Salamonde”, de Miguel Rocha Silva
RESUMOS DAS TESES PREMIADAS:
Tese de Doutoramento - Nuno Eduardo da Cruz Simões
"Urban Pluvial Flood Forecasting"
Two main approaches to enhance urban pluvial flood prediction were developed and tested in this research: (1) short-term rainfall forecast based on rain gauge networks, and (2) customization of urban drainage models to improve hydraulic simulation speed. Rain gauges and level gauges were installed in the Coimbra (Portugal) and Redbridge (UK) catchment areas. The collected data was used to test and validate the approaches developed.
When radar data is not available urban pluvial flooding forecasting can be based on networks of rain gauges. Improvements were made in the Support Vector Machine (SVM) technique to extrapolate rainfall time series. These improvements are: enhancing SVM prediction using Singular Spectrum Analysis (SSA) for pre-processing data; combining SSA and SVM with a statistical analysis that gives stochastic results. A method that integrates the SVM and Cascade-based downscaling techniques was also developed to carry out high-resolution (5-min) precipitation forecasting with longer lead time. Tests carried out with historical data showed that the new stochastic approach was useful for estimating the level of confidence of the rainfall forecast. The integration of the cascade method demonstrates the possibility of generating high-resolution rainfall forecasts with longer lead time. Tests carried out with the collected data showed that water level in sewers can be predicted: 30 minutes in advance (in Coimbra), and 45 minutes in advance (in Redbridge).
A method for simplifying 1D1D networks is presented that increases computational speed while maintaining good accuracy. A new hybrid model concept was developed which combines 1D1D and 1D2D approaches in the same model to
achieve a balance between runtime and accuracy. While the 1D2D model runs in about 45 minutes in Redbridge, the 1D1D and the hybrid models both run in less than 5 minutes, making this new model suitable for flood forecasting.
Dissertação de Mestrado - Aisha Zulquifal Mamade
“Profiling consumption patterns using extensive measurements”
O objetivo do presente trabalho consiste em tipificar padrões de consumo, tendo em conta uma previsão temporal e espacial de consumos. Esta tipificação assenta numa análise sociodemográfica, de infraestrutura e de faturação de cada setor de rede.
Os sistemas de distribuição de água têm sido dimensionados com base em critérios gerais, sem atender às características locais dos sectores de água. Existem ainda poucos estudos sistemáticos que permitam tipificar o consumo doméstico de água, quer em termos de um conjunto de variáveis (e.g., consumo mínimo, fator de ponta instantâneo), quer em termos do comportamento médio diário para um dado dia da semana ou época do ano. Este estudo pretende contribuir para a melhoria do conhecimento nas áreas referidas.
Propõe-se uma metodologia adaptada de Loureiro (2010) e aplica-se a um
conjunto alargado de Zonas de Medição de Controlo (ZMC) fornecidas por
entidades gestoras em Portugal. Em termos da metodologia, este estudo
contribui com novas abordagens para o cálculo de índices
sociodemográficos e para a detecção e classificação de eventos anómalos
nas séries de caudal. As variáveis sociodemográficas são calculadas
usando uma ferramenta de geoprocessamento inicialmente desenvolvida por
Loureiro (2010) num Sistema de Informação Geográfica. (SIG). Esta
ferramenta foi consideravelmente melhorada no presente estudo e usa os
dados dos Censos de 2011, recentemente publicados.
Relativamente aos principais resultados, destaca-se o perfil sociodemográfico, de facturação e infraestrutura das ZMCs estudadas, bem como a tipificação de caudais de rede ao nível da ZMC.
Da tipificação resultam padrões de consumo para diferentes perfis de cliente (e.g. famílias jovens, famílias idosas), relações empíricas que permitem estimar parâmetros que apoiam diretamente o dimensionamento (e.g. factores de ponta, caudal médio) e a operação de sistemas de distribuição de água (e.g. consumo mínimo nocturno). Consideraram-se diferentes cenários sazonais (e.g. Inverno, Verão) e diários (e.g. dias da semana, sábados, domingos e feriados). Os resultados são coerentes com estudos anteriores. Esta contribuição pretende reduzir consideravelmente a incerteza no planeamento e operação, aumentando assim a eficiência e sustentabilidade dos sistemas.
Palavras-chave: Análise de outliers, análise espacial, técnicas exploratórias de análise multivariada, tipificação de consumis, sistemas de distribuição de água, Zona de Medição e Controlo (ZMC).
Dissertação de Mestrado - Miguel Rocha Silva
“Modelação numérica 3D de escoamentos em descarregadores de cheias com escoamento em superfície livre. Descarregador complementar de Salamonde”
Nos últimos anos, engenheiros e investigadores têm vindo a considerar cada vez mais a utilização de modelos computacionais da dinâmica de fluidos (CFD), durante as fases de planeamento e projeto de estruturas hidráulicas. Esta tendência tem como objetivo reduzir a incerteza dos comportamentos do escoamento e aperfeiçoar as soluções estruturais propostas. No entanto, apesar de existirem vários casos de sucesso descritos na utilização de modelos CFD para a simulação de escoamentos em descarregadores de cheias, ainda não se considera que este seja um procedimento fiável e seguro para os casos práticos de engenharia, continuando a recorrer-se, de modo sistemático, a modelos físicos. O principal objetivo da presente dissertação é, deste modo, avaliar a capacidade do modelo CFD (FLOW-3D) para simular o escoamento ao longo de descarregadores de cheias. Foi considerado para caso de estudo o descarregador de cheias complementar da barragem de Salamonde, localizada no norte de Portugal. Este é um descarregador com comportas do tipo segmento, no qual o escoamento é controlado por duas soleiras WES, seguidas por um túnel de geometria complexa com escoamento em superfície livre, e uma estrutura terminal em trampolim que direciona o jato livre para o leito do rio. Este descarregador foi primeiramente testado e desenvolvido em modelo físico construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). A curva de vazão e as alturas de escoamento foram registadas em dez secções transversais e para cinco condições de abertura de comportas diferentes. Estes resultados foram usados para calibrar e validar o modelo computacional, bem como para analisar as diferenças entre os resultados do modelo físico e do numérico. Nesta fase foi feita ainda uma análise de sensibilidade para as condições e parâmetros do modelo computacional (e.g. modelo de iteração da equação de transporte da quantidade de movimento, parâmetro de comprimento de turbulência TLEN, dimensão das células de cálculo). Conclui-se que os resultados, tanto de caudal como de alturas de escoamento, são bastante dependentes da dimensão das células de cálculo. O modelo computacional calibrado foi utilizado para simular as condições de projeto, tendo sido analisados os resultados de velocidade, alturas de escoamento, pressões na estrutura de saída e incidência do jato livre no leito do rio. Os resultados computacionais apresentaram-se bastante concordantes com os de dimensionamento e do modelo físico, à exceção das alturas de escoamento nas secções transversais registadas na estrutura de entrada do descarregador.
Palavras Chave Descarregador de cheias, Modelos CFD, Turbulência, Modelo físico, FLOW-3D
Relativamente aos principais resultados, destaca-se o perfil sociodemográfico, de facturação e infraestrutura das ZMCs estudadas, bem como a tipificação de caudais de rede ao nível da ZMC.
Da tipificação resultam padrões de consumo para diferentes perfis de cliente (e.g. famílias jovens, famílias idosas), relações empíricas que permitem estimar parâmetros que apoiam diretamente o dimensionamento (e.g. factores de ponta, caudal médio) e a operação de sistemas de distribuição de água (e.g. consumo mínimo nocturno). Consideraram-se diferentes cenários sazonais (e.g. Inverno, Verão) e diários (e.g. dias da semana, sábados, domingos e feriados). Os resultados são coerentes com estudos anteriores. Esta contribuição pretende reduzir consideravelmente a incerteza no planeamento e operação, aumentando assim a eficiência e sustentabilidade dos sistemas.
Palavras-chave: Análise de outliers, análise espacial, técnicas exploratórias de análise multivariada, tipificação de consumis, sistemas de distribuição de água, Zona de Medição e Controlo (ZMC).
Dissertação de Mestrado - Miguel Rocha Silva
“Modelação numérica 3D de escoamentos em descarregadores de cheias com escoamento em superfície livre. Descarregador complementar de Salamonde”
Nos últimos anos, engenheiros e investigadores têm vindo a considerar cada vez mais a utilização de modelos computacionais da dinâmica de fluidos (CFD), durante as fases de planeamento e projeto de estruturas hidráulicas. Esta tendência tem como objetivo reduzir a incerteza dos comportamentos do escoamento e aperfeiçoar as soluções estruturais propostas. No entanto, apesar de existirem vários casos de sucesso descritos na utilização de modelos CFD para a simulação de escoamentos em descarregadores de cheias, ainda não se considera que este seja um procedimento fiável e seguro para os casos práticos de engenharia, continuando a recorrer-se, de modo sistemático, a modelos físicos. O principal objetivo da presente dissertação é, deste modo, avaliar a capacidade do modelo CFD (FLOW-3D) para simular o escoamento ao longo de descarregadores de cheias. Foi considerado para caso de estudo o descarregador de cheias complementar da barragem de Salamonde, localizada no norte de Portugal. Este é um descarregador com comportas do tipo segmento, no qual o escoamento é controlado por duas soleiras WES, seguidas por um túnel de geometria complexa com escoamento em superfície livre, e uma estrutura terminal em trampolim que direciona o jato livre para o leito do rio. Este descarregador foi primeiramente testado e desenvolvido em modelo físico construído no Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC). A curva de vazão e as alturas de escoamento foram registadas em dez secções transversais e para cinco condições de abertura de comportas diferentes. Estes resultados foram usados para calibrar e validar o modelo computacional, bem como para analisar as diferenças entre os resultados do modelo físico e do numérico. Nesta fase foi feita ainda uma análise de sensibilidade para as condições e parâmetros do modelo computacional (e.g. modelo de iteração da equação de transporte da quantidade de movimento, parâmetro de comprimento de turbulência TLEN, dimensão das células de cálculo). Conclui-se que os resultados, tanto de caudal como de alturas de escoamento, são bastante dependentes da dimensão das células de cálculo. O modelo computacional calibrado foi utilizado para simular as condições de projeto, tendo sido analisados os resultados de velocidade, alturas de escoamento, pressões na estrutura de saída e incidência do jato livre no leito do rio. Os resultados computacionais apresentaram-se bastante concordantes com os de dimensionamento e do modelo físico, à exceção das alturas de escoamento nas secções transversais registadas na estrutura de entrada do descarregador.
Palavras Chave Descarregador de cheias, Modelos CFD, Turbulência, Modelo físico, FLOW-3D
