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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.21.2006.tde-11102006-110223
Document
Author
Full name
Fernando Pinheiro Andutta
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2006
Supervisor
Committee
Miranda, Luiz Bruner de (President)
Castro Filho, Belmiro Mendes de
Fontes, Roberto Fioravanti Carelli
Title in Portuguese
"Experimentos e modelagem numérica com aplicação ao Estuário Tropical do Rio Curimataú, RN"
Keywords in Portuguese
circulação tridimensional
Modelagem numérica
propriedades termohalinas e tempo de residência
Abstract in Portuguese
A distribuição e a variabilidade de propriedades termohalinas e a circulação tridimensional do estuário do rio Curimataú foram estudadas com a aplicação do modelo numérico de simulações Delft3D-Flow, validado com dados experimentais medidos durante dois ciclos consecutivos de maré de quadratura e de sizígia. Duas grades numéricas foram aplicadas com o intuito de observar as diferenças entre as simulações nos modos barotrópico e baroclínico. As condições iniciais de simulações tais como: salinidade, velocidade, densidade e coeficientes cinemáticos de viscosidade, difusividade horizontal e vertical foram obtidas mediante resultados de simulações sob condições iniciais homogêneas. A seguir, o modelo numérico foi utilizado em condições mais realistas que foram comparadas aos dados experimentais. As simulações para a estrutura de salinidade, no modo barotrópico na maré de sizígia, apresentaram os melhores resultados, em comparação com os resultados experimentais, confirmado pelo índice de validação Skill igual 0,96; no modo baroclínico as simulações também foram de boa qualidade e o Skill foi muito próximo ao anterior (0,94). As simulações teóricas do campo de velocidade também foram de boa qualidade, comparativamente aos dados experimentais; os índices de validação médios foram muito próximos para os modos barotrópico e baroclínico (0,80 e 0,79). Esses valores do índice de validação confirmam que a dinâmica e os processos de mistura de natureza advectiva e difusiva foram bem representados matematicamete. Durante a maré de quadratura os resultados teóricos dos modos barotrópico e baroclínico não foram de boa qualidade (índice skill próximo a 0,60), devido às dificuldades de imposição de condições de contorno adequadas para a alta descarga fluvial que ocorreu durante os experimentos. Além das simulações por intervalos de tempo de 25 h, que foram utilizadas para validação com os dados experimentais, também foram feitas simulações inéditas horárias das características termohalinas, da circulação e do transporte advectivo de sal em séries temporais de 16 e 90 dias nos modos baroclínico e barotrópico, respectivamente. Aos resultados simulados das estruturas de salinidade e de velocidade, no modo baroclínico e maré de sizígia, foram aplicadas as metodologias rotineiramente utilizadas no processamento e análise de dados experimentais, com a finalidade de interpretar o comportamento dinâmico e os processos de mistura e transporte. No modo baroclínico, durante ambas as marés de sizígia e quadratura, a região inferior do estuário foi classificada como parcialmente misturado (tipo 2a), com valores baixos para os parâmetros de estratificação O(10-2)
Title in English
Experiments and numerical model with application to the tropical estuary of the Catimataú river, RN
Keywords in English
Numerical model
termohaline properties and flushing time
three-dimensional circulation
Abstract in English
The distribution and variability of the termohaline properties and the three-dimensional circulation of the Curimataú river estuary had been studied with the application of the numerical model of simulations Delft3D-Flow, validated with experimental data measured during two consecutive cycles of neap and spring tide. Two numerical grids were applied with the intention of observing the differences between the barotropic and baroclinic simulations. The initial conditions such as: salinity, velocity, density and the horizontal and vertical kinematic coefficients of viscosity and difusivity had been undertaken through the results under homogeneous initial conditions. After that, the numerical model had been used in more realistic conditions which were compared with the experimental data. The simulations of the structure of salinity, in the barotropic model during the spring tide, showed better results when compared with the experimental data, validated by the Skill equal to 0.96; in the baroclinic model the simulations also had presented a good quality and the Skill was very close to those one (0.94). The theoretical simulations of the field of velocity were also of a good quality, comparatively the experimental to the experimental data; the mean Skill had been very close the barotropic and baroclinic models (0.80 e 0.79). Those values of the Skill confirm that the dynamic and the mixing process of advective and diffusive nature had been well presented mathematically. During the neap tide the theoretical results of the barotropic and baroclinic models had not been of a good quality (Skill 0.60), due to the difficulties of imposition of suitable boundary conditions to the high river discharge during the experiments. Besides the simulations with time intervals of 25 h, which were used to the validation with the experimental data, also had been realized hourly simulations of the termohaline features, of the circulation and the advective salt transport into temporal series of 16 and 90 days in the barotropic and baroclinic models respectively. To the simulated results of the salinity and velocity structures, in the baroclinic model and under spring conditions, had been applied the aim methodology used in process and analyzes of experimental data, with the finality of interpretation of the dynamic behavior and the mixing process and the transport. In the barolinic model, during both tides, neap and spring, in the lower reaches of the estuary was classified as partially mixed (tipe 2a), with low values to the stratification parameters O(10-2)
 
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Publishing Date
2006-10-11
 
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