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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2008.tde-17112008-110256
Document
Author
Full name
Mariano da Franca Alencar Neto
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Wendland, Edson Cezar (President)
Castro, Marco Aurelio Holanda de
Hornos, Jose Eduardo Martinho
Malta, Sandra Mara Cardoso
Schulz, Harry Edmar
Title in Portuguese
Interpolação por splines para modelação de inomogeneidades no método de elementos analíticos: implementação por programação orientada a objetos
Keywords in Portuguese
Água subterrânea
Aqüíferos
Método de elementos analíticos
Polinômios
Programação orientada a objetos
Sistemas de informações geográficas
Splines
Abstract in Portuguese
O método de elementos analíticos simula escoamentos subterrâneos por meio da superposição de soluções conceituais. No contexto do método, inomogeneidade é uma região bem definida de condutividade hidráulica constante. A diferença de condutividade hidráulica entre a inomogeneidade e o meio em que está inserida causa uma descontinuidade (salto) no potencial de descarga. Tradicionalmente este salto é simulado usando polinômios de primeiro ou segundo grau. O presente trabalho usa polinômios splines quadráticos para interpolar os saltos ocorridos no potencial de descarga ao longo das bordas de inomogeneidades. Paralelamente, a formulação tradicional de interpolação dos saltos no potencial de descarga é estendida para qualquer grau. Os principais elementos que compõe o método são descritos e implementados. O programa computacional resultante (AEM) foi desenvolvido integrado a um sistema de informações geográficas de código-aberto (JUMP). O programa permite a integração com outros sistemas de informações geográficas baseados em JAVA, guardando independência do SIG residente. O projeto do programa AEM/JUMP é baseado na programação orientada a objetos e apresentou grande afinidade com o método de elementos analíticos, havendo identificação entre os conceitos de elemento (usado pelo método) e de objeto (usado pela programação). Conceitos de padrões de projeto são utilizados objetivando ampliar as facilidades de leitura, entendimento, otimização e modificação do código fonte, já disponibilizadas pela programação orientada a objetos. Problemas conceituais são abordados usando as formulações propostas. A interpolação por splines quadráticas mostrou-se eficiente e precisa. Considerando as soluções exatas, o erro médio sobre a área de estudo foi inferior a 0,12%. O AEM/JUMP foi aplicado à região da Lagoa do Bonfim - RN com o objetivo de determinar as isolinhas de cargas hidráulicas. Os resultados foram comparados com estudo anterior, onde obteve resultados compatíveis, comprovando a aplicação do método e de sua implementação. Foram incorporadas ao problema da Lagoa do Bonfim características geométricas do contorno do oceano e de aluviões existentes no entorno da lagoa, demonstrando a utilidade do programa para gerar diferentes cenários de simulação.
Title in English
Splines interpolation to inhomogeneities in analytic element method implemented with object-oriented programming
Keywords in English
Analytic element method
Aquiferous areas
Geographic information systems
Object-oriented programming
Polynomials
Splines
Abstract in English
The analytical elements method simulates underground draining through the superposition of conceptual solutions. In the method's context, inhomogeneity in defined as a clearly set region of constant hydraulic conductivity. Inhomogeneity hydraulic conductivity differences and the environment in which they are inserted cause a discontinuity (jump) in the discharge potential. Traditionally, this jump is simulated using first or second degree polynomials.The present work presents a formulation that uses quadratic spline polynomials to interpolate jumps occurred in the discharge potential through inhomogeneity borders. At the same time, the traditional formulation of discharge potential jump interpolation is extended to any degree. The main elements that compose the method are described and implemented. The resulting computational program (AEM) was developed integrated to an open code geographic information system (JUMP). The program permits the integration with other geographic information systems based on JAVA, keeping its independence from resident SIG. The architecture project program AEM/JUMP is based on object-oriented programming and presented great affinity with the analytical element method, showing identification among element concepts (used by the method) and the object (used by the program). Standard project concepts are used, seeking to widen source code reading possibilities, understanding, optimization and modifications already available through the object-oriented programming. Conceptual problems are approached with proposed formulations. Quadratic spline interpolation proved to be efficient and precise. Considering exact solutions, average mistake on study area was lower than 0.12%. AEM/JUMP was applied to the Lagoa do Bonfim (RN) lake region with the aim of establishing hydraulic charge isolines. Results were compared with the previous study, where compatible results had been obtained, thus proving method feasibility and implementation. Geometric features of surrounding areas and alluvion regions present around the lake area were incorporated to the original problem, demonstrating the usefulness of the program to generate different simulation scenarios.
 
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This document is only for private use for research and teaching activities. Reproduction for commercial use is forbidden. This rights cover the whole data about this document as well as its contents. Any uses or copies of this document in whole or in part must include the author's name.
Publishing Date
2008-11-19
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • ALENCAR NETO, Mariano da Franca, e WENDLAND, E. Método de Elementos Analíticos: Uma alternativa para a modelagem de escoamento subterrâneo. Águas Subterrâneas [online], 2013, vol. 27, p. 110-124. Dispon?vel em: http://aguassubterraneas.abas.org/asubterraneas/article/view/21457.
  • STRACK, O. D. L., ALENCAR NETO, Mariano da Franca, e WENDLAND, E. Teoria e Aplicações do Método de Elementos Analíticos. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2009, vol. 14, p. 5-15.
  • ALENCAR NETO, Mariano da Franca, e WENDLAND, E. Formulação para polinômio interpolador de ordem elevada aplicado a inomogeneidades - Método dos Elementos Analíticos. In XXXIII CNMAC - Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, Águas de Lindóia - SP, 2010. Anais do XXXIII CNMAC - Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional - 1984-820X.São Carlos - SP : SBMAC, 2010.
  • ALENCAR NETO, Mariano da Franca, e WENDLAND, E. Método de elementos Analíticos em águas subterrâneas aplicação para interpolação com polinômio alta ordem para inhomogenidades usando programação orientada a objetos. In I Encontro Nacional de Hidroinformática, Fortaleza-CE, 2008. Anais do I Encontro Nacional de Hidroinformática.Fortaleza-CE : UNIFOR, 2008.
  • WENDLAND, E., e ALENCAR NETO, Mariano da Franca. Origens,definições e nomenclaturas das condições de contorno. In XXIII Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional, Campinas - SP, 2006. Anais do XXIII Congresso Nacional de Matemática Aplicada e Computacional.São Carlos - SP : SBMAC, 2006. Resumo.
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