Revista Recursos Hídricos

DOI:10.5894/rh34n2-5
O texto deste artigo foi submetido para revisão e possível publicação em outubro de 2013, tendo sido aceite pela Comissão de Editores Científicos Associados em outubro de 2013. Este artigo é parte integrante da Revista Recursos Hídricos, Vol. 34, Nº 2, 55-67, novembro de 2013.

Caracterização do escoamento turbulento em canais com vegetação emersa rígida

Characterization of turbulent flow within boundaries covered by rigid and emergent vegetation

Ana M. Ricardo¹, Mário J. Franca², Rui M.L. Ferreira³

1 -Associado APRH /// Doutoranda /// CEHIDRO, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal & Laboratory of Hydraulic Constructions, EPFLausanne, Switzerland
2 -Associado APRH /// PhD, Research and Teaching Associate /// Laboratory of Hydraulic Constructions, EPFLausanne, Switzerland
3 - Dr, Professor Auxiliar /// CEHIDRO, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Portugal

RESUMO
Os escoamentos no interior de zonas povoadas de hastes rígidas e emersas apresentam grande heterogeneidade, pelo que a sua caracterização requer uma formulação que incorpore explicitamente essa variabilidade espacial.
Este trabalho pretende caracterizar e quantificar o escoamento no interior de zonas com vegetação rígida e emersa, bem como quantificar as forças, por unidade de área, que o escoamento exerce nas hastes e no fundo do canal. Para tal, realizaram-se dois ensaios laboratoriais com diferentes densidades de hastes, nos quais se mediram campos de velocidades instantâneas com o sistema de medição Particle Image Velocimetry (PIV). No tratamento dos dados foi aplicada a metodologia de média dupla espácio-temporal. Desenvolveu-se, ainda, um modelo teórico para o cálculo da força aplicada nas hastes e respectivo coeficiente de resistência.
Os resultados obtidos mostram que as tensões dispersivas não são, em geral, desprezáveis face às tensões de Reynolds. Concluiu-se, também, que o aumento das tensões dispersivas normais longitudinais permite explicar, parcialmente, o aumento do coeficiente de arrastamento das hastes com o aumento da densidade de hastes.

Palavras-chave: Vegetação emersa rígida, resistência ao escoamento, PIV, metodologia de média dupla espácio-temporal

ABSTRACT
The main characteristic of the flow through rigid stems is the great spatial variability that exists in the inter-stem space, requiring a formulation of the momentum and mass conservation equations that take into account such variability.
This work is aimed at characterizating and quantificating the flow within vegetated areas susceptible to be simulated by dense arrays of vertical emergent stems as well as at quantificating the forces, per unit bed area, acting on the stems and on the bed boundary.
To meet the objectives, two experimental tests were carried out, with different densities of stems, to acquire velocity fields with a Particle Image Velocimetry system (PIV). The treatment of the data was done with the Double Averaging methodology (DAM). A theoretical model for the calculation of the drag force exerted on the stems and respective coefficient was developed.
The results reveal that the contribution of form-induced stresses is of the order of magnitude of the contribution of Reynolds stresses. The analysis of form-induced stresses helps to explain the increase of the drag coefficient when the stem density increases.

Keywords: Rigid and emergent vegetation, flow resistance, PIV, Double-Averaging Methodology.