Simulação numérica e controle ótimo em sistemas de águas rasas
Abstract
Neste trabalho, é apresentada a simulação de escoamentos em sistemas de água rasas a fim de contribuir com estudos de desastres ambientais, como é o caso do rompimento de barragem. As simulações numéricas são conduzidas utilizando o método dos elementos finitos (Finite Element Method - FEM). A discretização temporal das equações desenvolve-se pelo método das linhas ou direções características (Characteristic-Based Split – CBS). A teoria do controle ótimo é associada às equações governantes do escoamento com o propósito de buscar uma curva de vazão de controle ótima que minimize a função objetivo, mantendo a altura de água de acordo com o objetivo. Para isso, emprega-se um algoritmo evolutivo SCE-UA (Shuffled Complex Evolution – University of Arizona), otimizando os parâmetros de curvas de vazão de controle, linear e quadrática. Exemplos de escoamentos em sistemas de águas rasas são apresentados para a aplicação da metodologia, caracterizando o rompimento de barragem, a ação do vento e o controle ótimo, comparando-se os resultados obtidos com a literatura. Por fim, projeta-se um cenário de inundação para a cidade Pelotas, no Rio Grande do Sul, onde se faz a simulação numérica do rompimento da Barragem Santa Bárbara. Por fim, vale ressaltar que os resultados obtidos para o fluxo de rompimento caracterizam um evento de nefastas consequências, inundando a região habitada em até 3 metros em aproximadamente 30 minutos.