Influences of time distribution of precipitation in flood mapping

Em estudos de inundações, tem-se grande dificuldade para estimar a distribuição temporal de precipitação. O objetivo do presente trabalho foi analisar a influência dos padrões temporais da precipitação no mapeamento de inundações. Foi investigado o caso da Bacia do Braço do Baú (48 km²) no município de Ilhota/SC. Quatro hietogramas com formatos diferentes aplicados a dois casos de saturação de solo foram projetados e utilizados na modelagem hidrológica e hidrodinâmica para a criação de mapas de inundação. Os resultados permitem concluir que, para diferentes distribuições temporais de precipitação, existe relevante variação das vazões de pico. A velocidade do escoamento superficial tem grande variação e afeta diretamente o Índice de Perigo da inundação. Consequentemente, confirma-se uma forte influência da distribuição temporal nas características da inundação.In flood studies it is very difficult to estimate the time distribution of precipitation. Therefore, the objective of this study was to analyze the influence of the time distribution of precipitation on hydrographs and on flood areas. The case of Braço do Baú basin (48 km²), in Ilhota, SC, Brazil was then investigated as a case study. Four hyetographs with different patterns but the same quantity of precipitation were projected and used in hydrologic and hydrodynamic modeling with two different soil saturation conditions. The results obtained allow the conclusion that, in accordance with different time-distributions of precipitation, there is a major variation in hydrograph peaks. Large variations in flood flow velocity occur, which directly affect the Flood Hazard Index. Thus, a strong influence of time distribution of the precipitation on flood mapping is confirmed

Comparison between hydrostatic and non-hydrostatic pressure approximation in free surface flow numerical simulations

Nas simulações numéricas de escoamentos com superfície livre, frequentemente é utilizada a hipótese de que a pressão varia de forma hidrostática com a pro- fundidade da lâmina de água. Neste trabalho, com a finalidade de analisar a influência desta simplificação, foi utilizado um código que possui dois módulos, um que considera a pressão variando de forma hidrostática e outro que considera a variação de forma não-hidrostática. O código, derivado das equações de Navier-Stokes e da Continuidade, utiliza um esquema semi-implícito em diferenças finitas, de primeira ordem para as derivadas espaciais e de segunda ordem para as derivadas temporais, com um esquema de dois sub-passos de tempo. São simulados quatro casos hipotéticos, alguns com dados analíticos ou experi- mentais. Para a maioria dos casos analisados, comparando com resultados analíticos e experimentais, o código com a aproximação não-hidrostática forneceu resultados mais adequados que o código com aproximação apenas hidrostática. Os resultados mostram que existe uma diferença importante na distribuição de velocidades com a profundidade. Os níveis se mostraram menos sensíveis à forma de tratamento da pressão, porém, à medida que a declividade de fundo é mais importante, maiores são as diferenças entre os dois modelos.Often, numerical simulations of free surface flow consider that the pressure varies hydrostatically with water depth and do not take dynamic pressure into account. In this work, in order to analyse the influence of such simplification, a code that has two modules was used, one looking at hydrostatic pressure varia- tion and the other at non-hydrostatic pressure variation. The code, derived from Navier-Stokes and Continuity equations, has a semi-implicit finite difference scheme, first order in space and second order in time, with two sub steps in time. Four cases are simulated, some of which have analytical or experimental results. For almost every case analyzed, the code with a non-hydrostatic pressure approximation had better results than the one with hydrostatic pressure approximation. Results show that an important difference exists between the two codes for vertical velocity distribution. Free surface levels are less sensitive to the pressure treatment, but differences become more important with increased bottom gradient

Determinación de los coeficientes de arrastre y sustentación en un perfil angular de alas iguales con el empleo de simulación numérica

Telecommunications towers and other structures composed of steel sections are particularly susceptible to the action of wind loads that need to be quantified for a correct design of these sections. In the obtaining of wind loads, the determination of the drag (CD) and lift (CL) coefficients of the elements that compose the lattice, is vitally important because, from these coefficients, the separation and the permeability of the lattice is estimated the acting wind load. This paper studies the influence of the blockage ratio on the CD and CL coefficients in an equal-leg angle section, widely used in this kind of structure. To obtain these coefficients, computational fluid dynamics (CFD) was used through OpenFOAM software. As part of the experiment, three blockage ratios were simulated: 5 %, 10 % and 20%, using as a comparison pattern the CD and CL values provided by the NBR 6123 1988, NC 285 2003, NBCC 2005 and ASCE 7-10 2010 standards [1]-[4] . The best results were obtained for a 5 % blockage.Torres de telecomunicaciones y otras estructuras compuestas por perfiles metálicos resultan particularmente susceptibles a la acción de las cargas de viento, las cuales deben cuantificarse  para un correcto dimensionamiento de estos perfiles. En la obtención de la carga ecológica de viento, la determinación de los coeficientes de arrastre (CD) y la sustentación (CL) de los elementos que componen el reticulado reviste vital importancia debido a que, a partir de estos coeficientes, la separación entre los reticulados y su permeabilidad, se estima la carga de viento actuante. Este trabajo estudia la influencia de la relación de bloqueo en los coeficientes CD y CL en un perfil angular de alas iguales, muy utilizado en este tipo de estructuras. A fin de obtener estos coeficientes se empleó la dinámica de fluidos computacional (CFD por su sigla en inglés) a través del software OpenFOAM. Como parte del experimento se simularon tres relaciones de bloqueo: 5 %, 10 % y 20 %, al emplear como patrón de comparación los coeficientes brindados por las normativas NBR 6123 1988, NC 285 2003, NBCC 2005 y ASCE 7-10 2010 [1]-[4]. Los mejores resultados de la comparación efectuada entre el experimento numérico y los valores normados se obtuvieron para un 5 % de bloqueo

Efeito dos períodos de retorno no mapeamento de perigo de inundação : uma análise da Bacia do Campus da UFSC, Florianópolis, Brasil

The development of urban areas exacerbates flood risk by increasing both runoff and the exposure of population and infrastructure. In this study, we highlight the importance of return period choice on flood hazard degree and flood hydraulics characteristics. We use the UFSC campus basin as a test bed and combine a hydrological and a hydrodynamic model to define the flood hazard intensity and flood hazard degree. Six hazard intensity maps were elaborated using different return periods (2, 10, 25, 50, 100 and 500-years) that characterize low and high recurrence scenarios. The low recurrence hazard map can be ideal to verify hazard effects on buildings, while the high recurrence hazard map helps to identify people security. All variables related to the rainfall effect and its consequences (e.g. rainfall intensity, flood mean velocity, and total flood area) follow a logarithmic relationship, with a small variation for higher return periods. We highlight how different return periods can influence flood hydraulics and flood hazard and should therefore be considered in flood hazard mapping.O desenvolvimento de áreas urbanas intensifica o risco de inundação pelo acréscimo tanto do escoamento superficial quanto da exposição da população e infraestrutura. Neste trabalho, nós evidenciamos a importância da escolha do período de retorno para determinar o grau de perigo de inundação e suas características hidráulicas. A bacia do campus da UFSC foi utilizada para o teste, onde combinamos modelos hidrológicos e hidráulicos para definir a intensidade e grau de perigo de inundação. Seis mapas de intensidade de perigo foram elaborados a partir de diferentes períodos de retorno (2, 10, 25, 50, 100 e 500 anos), que foram usados para caracterizar cenários de baixa recorrência e alta recorrência. O mapa de baixa recorrência pode ser ideal para ver os efeitos nas construções enquanto o mapa de alta recorrência ajuda a identificar a segurança das pessoas. Observou-se que uma linha de tendência logarítmica se encaixa bem para todas as variáveis verificadas relacionadas a inundação (e.g. intensidade da chuva, velocidade média de inundação, área total de inundação). Este estudo é importante para compreender as diferenças entre os efeitos no mapeamento de perigo de inundação aos períodos de retorno e como podem influenciar as variáveis hidráulicas de inundação

Surface waves caused by gates closure simulation with an inertial approximation of Saint-Venant equation

Na simulação numérica de escoamento, a simplificação da equação dinâmica pode ser útil, tanto em relação à estabilidade da solução numérica quanto ao ganho computacional. Tendo em vista esta preocupação, este trabalho avalia o uso de um modelo obtido ao se desconsiderar o termo advectivo da equação de Saint-Venant, denominado de modelo inercial local, ou simplesmente modelo inercial, na simulação de escoamentos influenciados por fechamentos de compor- tas, com enfoque na onda superficial provocada por estes fechamentos. Os resultados do modelo inercial são comparados com os resultados do modelo HEC -RAS, que utiliza uma solução da equação de Saint-Venant completa, a fim de se verificar no que a simplificação do termo convectivo acarreta. Os resultados obtidos com o modelo inercial se assemelharam aos do modelo HEC-RAS dependendo do tipo de onda formada, da vazão, e da altura do escoamento. Para escoamentos com a mesma vazão e altura, a validade do modelo inercial pode ser identificada utilizando adimensionais que relacionam características da onda com a altura do escoamento. Entretanto, para escoamentos expressivamente diferentes, estes adimensionais não indicaram a validade da simulação pelo modelo inercial, devendo-se analisar o peso dos termos da equação dinâmica. Observa-se que o código do programa com a aproximação inercial possui menos oscilações numéricas, quando se adota uma malha grosseira, do que o código do programa com as equações completas. Com o aumento da declividade do canal não foi identificado se importância do termo advectivo da equação dinâmica é maior ou menor. A partir deste trabalho, acredita-se que os testes realizados para ondas geradas pelo fechamento de comportas podem se estender para ondas superficiais formadas por outras fontes.In a numerical flow simulation, the simplification of partial equations can be useful for numerical solution stability and computational effort. This study evaluates the model obtained from the Saint-Venant equation simplification, which ignores the advective term, called inertial model in flow simulation influen- ced by closing gates, focusing on the surface wave caused by this closure. Inertial model results are compared with HEC-RAS model results, which use full Saint-Venant equation. For different problems, an inertial model can be appropriately used depending on wave type, flow rate and flow height. For similar flows (similar flow rate and height) the simulation validity can be verified by wave steepness, but for different flows, wave steepness should not be used and analysis of dynamic equation terms should be done. It is observed that inertial approximation code has less numerical oscillations that the HEC-RAS code. Channel slope does not indicate if the advective term is or not important. It is thought that waves generated by closing gate tests may be extend to surface waves generated by other sources