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SOFTWARE


 
Introdução Sistema de Suporte
à Decisão (SSD)
Sistema
de Informação
Sistema
de Modelação
Sistema
de Análise


Aplicação
POM-GUI

Sistema de Modelação

O Sistema de Modelação inclui uma base de modelos matemáticos de dimensionalidade diversa (1D, 2D, 3D) aplicáveis no estudo da hidrodinâmica e da qualidade da água em diversos âmbitos de estudo: rios, canais e albufeiras. Estas interfaces de modelação para a gestão da água em bacias hidrográficas devem considerar, necessariamente, a inclusão de diferentes tipos de modelos: hidrológicos, hidrodinâmicos e de qualidade da água. Estes modelos podem apoiar-se em diferentes tipos de software, seleccionados após uma avaliação criteriosa das diferentes opções disponíveis em cada caso de implementação.

As plataformas desenvolvidas e aqui apresentadas, contemplam diferentes opções de software para a modelação da hidrodinâmica e da qualidade da água. No caso dos modelos hidrológicos e unidimensionais foi seleccionado o programa Sobek, enquanto para os modelos bidimensionais no plano horizontal a escolha recaiu sobre os programas RMA2 e RMA4.

Aplicações Web desenvolvidas para o Sistema de Modelação:





MODELOS HIDROLÓGICOS

Para a previsão de curto, médio e longo prazo de escoamento superficial e na determinação de séries de caudais na rede hidrográfica necessária para a estimativa de cargas poluentes de origem difusa, recorre-se a um modelo hidrológico cuja aplicação tem sido realizada com sucesso em diferentes bacias hidrográficas. Trata-se de um modelo global, cuja simplicidade permite obter estimativas do escoamento superficial de uma forma rápida, permitindo ainda, desde que correctamente calibrado, previsões de escoamento em tempo real.

O modelo é composto por uma série de reservatórios com capacidades pré determinadas, interligados por processos que permitem a quantificação das condições de humidade do solo, as quais controlam a produção do escoamento fluvial. À medida que ocorrem eventos de precipitação, estes reservatórios são preenchidos. O esvaziamento ocorre por percolação, evaporação ou drenagem lateral. Além disso, no modelo divide a área da bacia em regiões permeáveis e impermeáveis.

Nesta secção apresentamos a interface Web desenvolvida para modelos hidrológicos e que é utilizada para execução de simulações e visualização de resultados referentes a modelos hidrológicos de bacias hidrográficas. Inclui a possibilidade de visualizar e alterar a informação associada a aproveitamentos hidráulicos e de visualizar os dados das redes de monitorização udométrica, hidrométrica e meteorológica utilizados nas simulações realizadas com o modelo (Figura 1).

Figura 1

Figura 1 - Janela principal da interface Web para operação de modelos hidrológicos.

Na imagem anterior é possível identificar o painel "Parâmetros de simulação", que permite definir os parâmetros de entrada do modelo e proceder à sua execução. Por sua vez, a planta e o painel lateral direito “Resultados” permitem a visualização e consulta dos resultados das simulações. A interactividade do mapa facilita a consulta desses mesmos resultados, disponibilizando ao mesmo tempo o acesso a janelas com dados em formato gráfico e em tabela. Na planta é ainda possível alternar a análise de resultados entre resultados da hidrodinâmica em trechos fluviais incluídos no modelo e resultados do modelo hidrológico para cada uma das sub-bacias consideradas (Figura 2).

Figura 2

Figura 2 - Interface de modelos hidrológicos: planta de dados hidrológicos e de dados hidrodinâmicos.

Estas plantas são interactivas. Por exemplo, ao passar o cursor do rato sobre uma sub-bacia, é mostrada uma pequena caixa de texto com a identificação da sub-bacia e, para o instante seleccionado, é mostrado também o valor verificado num determinado parâmetro (Figura 3).

Figura 3

Figura 3 - Interface de modelos hidrológicos: tooltip com informação sobre sub-bacia, no instante seleccionado.

Na visualização de resultados de hidrodinâmica, a mesma caixa informativa também está presente, podendo inclusivé, ao seleccionar um determinado elemento do trecho, obter um gráfico com o seu comportamento ao longo do tempo (Figura 4).

Figura 4

Figura 4 - Visualização de dados de hidrodinâmica: nível e caudal.




MODELAÇÃO DE RIOS

Na Figura 5 apresenta-se a vista principal da aplicação que permite trabalhar com as ferramentas de simulação unidimensionais (referentes a modelos unidimensionais de hidrodinâmica e/ou de qualidade da água de canais e linhas de água principais). A interface permite não só fornecer os dados necessários para a execução do modelo, como também a visualização dos resultados finais. É possível visualizar para cada linha de água do sub-sistema considerado, os resultados em perfil longitudinal e em planta. Para ambos os casos, é possível seleccionar a linha de água, o instante e a substância de qualidade a visualizar.

Figura 5

Figura 5 - Vista principal da interface para operação de modelos unidimensionais.

O perfil é representado de montante para justante, sendo que ao longo do mesmo poderão ser visíveis diversos tipos de objectos, como por exemplo, comportas de barragens, açudes, sifões, túneis, etc (Figura 6).

Figura 6

Figura 6 - Alguns dos objectos representados ao longo do perfil longitudinal da linha de água.

Na secção "PERFIL" existem ainda diversos ícones que permitem aceder a janelas de visualização dos resultados da simulação em formato gráfico ou em tabela. Está também disponível uma funcionalidade que permite, através de uma pequena animação, ao longo do período de simulação, analisar o comportamento do nível de água em cada instante (Figura 7).

Figura 7

Figura 7 - Seis frames obtidos a partir da animação do Perfil do canal de água seleccionado.

Na secção "PLANTA" o utilizador tem a possibilidade de saber, por exemplo, para cada instante seleccionado, o valor de profundidade verificado num dado nó ou o caudal de água de um determinado trecho (Figura 8).

Figura 8

Figura 8 - Caixa de texto com informação sobre os nós/trechos, no instante seleccionado.

No caso da análise ser referente aos dados de qualidade da água, através dessa pequena caixa de texto que acompanha o cursor do rato é possível saber num determinado instante, o valor de concentração de uma dada substância em cada um dos segmentos (trechos) do sub-sistema considerado. É utilizada uma escala de cores na coloração dos vários segmentos, consoante o valor de concentração aí verificado (cor azul para valor reduzido, cor vermelha para valor mais elevado).

Figura 9

Figura 9 - Caixa de texto com informação sobre a qualidade da água.

A escala de visualização da planta pode ser aumentada ou diminuída e o utilizador tem a liberdade para "navegar" e interagir com os vários elementos nela representados, podendo por exemplo, activar a visualização dos ortofotomapas ou dos limites administrativos (Figura 10).

Figura 10

Figura 10 - Visualização da linha de água e dos limites administrativos adjacentes.

Os parâmetros de simulação podem ser alterados numa janela que está acessível através do ícone "Definição dos parâmetros de simulação". Este disponibiliza a janela pop-up onde é possível definir esses parâmetros. Nessa janela é possível especificar por exemplo, a data e hora inicial da simulação, a duração da mesma e os caudais e níveis de água para os nós de fronteira. Esta janela permite ainda aceder à janela denomidada "Definição da Lei de Abertura das Comportas nos Aproveitamentos Hidráulicos", onde como o próprio nome indica, é possível definir as leis de abertura das comportas (Figura 11).

   

Figura 11 - Janelas de definição de parâmetros de simulação: condições de fronteira e leis de abertura de estruturas hidráulicas controladas.

A definição das características das fontes poluidoras é feita através de um mapa de selecção e dos respectivos formulários, sendo que as fontes poluidoras estão organizadas por tipologia.

Uma vez definidos os parâmetros de simulação, o utilizador pode invocar a execução do modelo. O pedido de execução é feito através do botão “Executar” que se encontra na zona inferior da janela principal da interface. Esta operação só poderá ser executada no caso do utilizador ter privilégios para tal (concedidos pelo administrador do site). O modelo ficará a ser executado em background no servidor e o tempo que demorará até se terem os resultados disponíveis depende da duração da simulação que foi definida pelo utilizador, bem como de outros parâmetros não temporais (níveis, caudais, leis de abertura de estruturas hidráulicas controladas e valores de concentrações nas fontes poluidoras).

Principais características desta ferramenta:

  • visualização gráfica das linhas de água em perfil e em planta;
  • consulta de resultados em tabelas e gráficos;
  • consulta individual de cada linha de água;
  • visualização de animações associadas a simulações dinâmicas;
  • execução do modelo pode ser feita remotamente;
  • geração automática de relatórios;
  • conjugação de resultados de hidrodinâmica e de qualidade da água.




MODELAÇÃO DE ALBUFEIRAS

Os modelos bidimensionais de albufeiras foram implementados para a caracterização dos padrões de circulação e análise de alguns problemas de qualidade da água (essencialmente relacionada com descargas acidentais nas principais linhas de água afluentes às albufeiras).

Na Figura 12 apresenta-se a vista principal da interface desenvolvida para implementação de modelos bidimensionais. Neste caso, a vista é preenchida por uma representação em planta da malha de elementos finitos, sendo possível a visualização dos valores médios de campos escalares (resultados de simulações hidrodinâmicas ou de qualidade da água) e campos vectoriais (velocidades no caso de simulações hidrodinâmicas).

Figura 12

Figura 12 - Aspecto geral da interface Web para modelos bidimensionais.

É possível consultar os resultados obtidos sob a forma de gráfico ou tabela para cada um dos pontos nodais da malha de elementos finitos, utilizada na discretização espacial do domínio modelado. Adicionalmente, existe também a possibilidade de analisar os resultados segundo alinhamentos previamente definidos, quer para cada um dos instantes simulados, quer através de uma animação que abrange a totalidade do intervalo temporal simulado (Figura 13).

   

Figura 13 - Modelos bidimensionais: consulta de resultados em perfil.

A planta permite a representação da malha de elementos triangulares quadráticos, a coloração de campos escalares (elevação da superfície livre, módulo da velocidade, profundidade efectiva, ...), a representação de campos vectoriais (velocidade, ...) e a visualização dos resultados em cada elemento da malha (Figura 14).

Figura 14

Figura 14 - Modelos bidimensionais: informação sobre um elemento.

Tal como já foi referido, na planta podem não só ser representados campos escalares, mas também vectoriais, ou até a combinação dos dois, tal como é ilustrado na imagem que se segue.

Figura 15

Figura 15 - Modelos bidimensionais: representação de campos escalares e vectoriais.

São ainda contempladas funcionalidades que permitem estabelecer novos valores (valores fixos ou variáveis ao longo do tempo) para as condições de fronteira do modelo, permitindo-se também, accionar remotamente a sua execução.




MODELOS DE BALANÇO HÍDRICO DE ALBUFEIRAS

Os modelos de balanço hídrico permitem caracterizar a variação temporal do volume de água (e através deste, recorrendo-se às curvas características de cada uma das albufeiras, o nível e a área superficial) sendo conhecidas as entradas e saídas em cada uma das albufeiras ao longo de um determinado período de análise.

Nestas interfaces são disponibilizados vários dados, como por exemplo, níveis das albufeiras registados na estação de monitorização, valores de precipitação e evaporação nas estações meteorológicas mais próximas e diversos valores de caudais de água (afluentes, turbinados/bombeados, aduzidos, descargas de fundo, ...).

A imagem seguinte ilustra um protótipo deste tipo de interfaces.

Figura 16

Figura 16 - Interface para modelos de balanço hídrico de albufeiras.

A aplicação apresenta várias funcionalidades que permitem a consulta dos resultados ao longo do período de simulação sob a forma de gráfico ou em tabela. Esta interface disponibiliza ainda uma forma diferente de visualizar os resultados – através de uma pequena animação do nível de água na albufeira em causa (Figura 17).

Figura 17

Figura 17 - Interface para modelos de balanço hídrico de albufeiras: animação do nível de água.

Na Planta, além dos botões que permitem o acesso a algumas das janelas referidas anteriormente, existem ainda caixas de texto com valores associados – trata-se do valor aí verificado para o instante seleccionado. Na secção lateral direita da interface é ilustrado graficamente o nível de água na albufeira, para o instante seleccionado. Existe ainda informação sobre o volume e a área inundada.

Há ainda a possibilidade de gerar de forma automática um relatório sobre a simulação, contendo todas as séries de dados consideradas (precipitação, evaporação, caudais de água, ...) e os respectivos resultados (sob a forma gráfica ou em tabela).

Figura 18

Figura 18 - Interface para modelos de balanço hídrico de albufeiras: consulta de informação.





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