Verification of Saint-Venant equations solution based on the lax diffusive method for flow routing in natural channels

Abstract

RESUMO Modelos hidrodinâmicos, formados pelas equações de Saint-Venant, representam o escoamento transitório em sistemas hídricos, e simulam a propagação de vazões ao longo do tempo e do espaço. Diversas soluções numéricas têm sido aplicadas a essas expressões, porém frequentemente são encontradas diferenças de resultados entre procedimentos, uma vez que toda aproximação numérica possui limitações. Canais naturais são caracterizados por um comportamento dinâmico das vazões, considerando os usos múltiplos da água e as alterações de morfologia, que ocorrem naturalmente ou por influência antrópica. Nesse contexto, esse trabalho procura complementar o entendimento acerca de diferentes hipóteses e aproximações para solução das equações de Saint-Venant, verificando resultados do esquema difusivo de Lax e comparando com o software HEC-RAS. O estudo de caso consiste em um rio que drena uma área densamente povoada (rio Iguaçu, localizado em Curitiba-PR). Ao comparar os hidrogramas observados e simulados, foi possível avaliar que a forma como as equações são resolvidas, que por sua vez determina o tipo de condição de contorno a ser utilizada, pode contribuir para diferenças na vazão simulada. Adicionalmente, foi observado que a calibração alcançada é adequada, assim como a hipótese de seção transversal trapezoidal. O desenvolvimento da pesquisa deve auxiliar ainda o avanço na solução do modelo hidrodinâmico pelo esquema difusivo de Lax, principalmente no que concerne à eficiência computacional. Esquemas explícitos, apesar de serem mais sensíveis ao intervalo temporal de simulação, apresentam a vantagem de simplificação para implementação, o que pode trazer benefícios no estudo de sistemas complexos, como rios urbanos.