Transcript rede hidrográfica
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7º Congresso da Água
Água - Qualidade de Toda a Vida
UTILIZAÇÃO DE REDES TIN EM MODELOS
DISTRIBUÍDOS DE PRECIPITAÇÃO/ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
desenvolvido no âmbito do projecto tempQsim
RUI MIGUEL MADEIRA LANÇA, EST-UALG, MARETEC-IST
Slide 2
OBJECTIVOS
SIMULAR PROCESSOS HIDROLÓGICOS À ESCALA DA
BACIA HIDROGRÁFICA
MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
HIDRODINÂMICA
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
QUALIDADE DA ÁGUA
CRESCIMENTO DE PLANTAS
Rui Miguel Madeira Lança
2
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FORMULAÇÃO DE BASE DO MODELO
MODELO DIGITAL DO RELEVO
MALHA ESTRUTURADA
Rui Miguel Madeira Lança
MALHA NÃO ESTRUTURADA TIN
3
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
TRIANGULAÇÃO DE DELAUNEI – POLIGONOS DE VORONOI
P O L IG O N O D E V O R O N O I
T R IA N G U L A Ç Ã O D E D E L A U N E I
Rui Miguel Madeira Lança
4
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
T R IA N G U L A C A O D E D E L A U N E I
P O L IG O N O D E V O R O N O I
R E D E H ID R O G R Á F IC A
Rui Miguel Madeira Lança
5
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BACIA HIDROGRÁFICA DA PARDIELA
LOCALIZAÇÃO
ESTREMOZ
BACIA
HIDROGRÁFICA DA
PARDIELA
Rui Miguel Madeira Lança
ÉVORA
6
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
DEPRESSÕES NATURAIS DO
RELEVO
Rui Miguel Madeira Lança
7
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
CÉLULAS INUNDADAS
SECÇÃO DE CONTROLO
DEPRESSÕES NATURAIS DO
RELEVO
Rui Miguel Madeira Lança
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
VISTA 3D
Rui Miguel Madeira Lança
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REDE HIDROGRÁFICA
SECÇÃO TRANSVERSAL
b – LARGURA DA BASE DO LEITO
m – DECLIVE DAS MARGENS
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSES TAXONÓMICAS DOS SOLOS
CARTA DE SOLOS (1: 25 000)
USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
CARTA DE OCUPAÇÃO DO SOLO (1:25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSES TAXONÓMICAS DOS SOLOS
CARTA DE SOLOS (1: 25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
CARTA DE OCUPAÇÃO DO SOLO (1:25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSE HIDROLÓGICA
SOLO +
OCUPAÇÃO DO SOLO
Rui Miguel Madeira Lança
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PRECIPITAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO
E s taç ão 3 - prec ipitaç ão horária (m m )
15
C élula i - prec ipitaç ão horária (m m )
10
15
5
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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E s taç ão 1 - prec ipitaç ão horária (m m )
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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Rui Miguel Madeira Lança
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INFILTRAÇÃO
MÉTODO DA CURVA NÚMERO DO SOIL CONSERVATION
SERVICE
CN ESTÁTICO
CN DINÂMICO
2
5080
50 . 8
P
CN
Pe
20320
P
203 . 2
CN
Rui Miguel Madeira Lança
P precipitação total acumulada;
Pe precipitação efectiva acumulada;
CN curva número,
parâmetro empírico função de:
teor de humidade antecedente;
classe taxonómica do solo;
uso do solo.
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HIDRODINÂMICA
NA SUPERFICIE DOS POLIGONOS DE VORONOI
MÉTODO DE MUSKINGUM
Q1=Pe.A/Dt
VELOCIDADE E TEMPO DE RETENÇÃO NA CÉLULA
h
Q2
S
Cr A
U KS h
T K
2/3
S0
B
1/ 2
d
d
U
MÉTODO DE MUSKINGUM
Q2
j 1
C1
C 1 Q1
j 1
j
C 2 Q1 C 3 Q 2
t 2 K X
2 K 1 X t
Rui Miguel Madeira Lança
C2
d
j
t 2 K X
2 K 1 X t
C3
2
r
B
2
2 K 1 X t
2 K 1 X t
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HIDRODINÂMICA
EM PEGOS, LAGOS OU ALBUFEIRAS
‘LEVEL POOL ROUTING’
VOL VOL
IN
j
S j 1 S j
Rui Miguel Madeira Lança
VOL
Q1 Q1
2
OUT
j 1
j
t
Q2 Q2
j 1
t
2
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HIDRODINÂMICA
LINHAS DE ÁGUA
EQUAÇÕES GERAIS DO ESCOAMENTO COM SUPERFÍCIE LIVRE
(Equações de Saint-Venant)
Equação de conservação da massa
Q
x
A
t
q
Equação de conservação da quantidade de movimento
Q2
A t
A x A
1
Q
1
y
g
g S 0 S f 0
x
atrito com o leito
gravidade
diferença de pressões
aceleração convectiva
aceleração local
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
LINHA DE ÁGUA
Equação de conservação da massa
Q A
q
x
t
Equação de conservação da quantidade de movimento
S0 S f
Equação de onda cinemática
Q
x
Q
1
Q
q
t
2
3
P
1
2
K
S
0
s
3
5
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
RESOLUÇÃO MUNÉRICA DA ONDA CINEMÁTICA
MÉTODO EXPLICITO
j 1
qi 1 qi 1
j
2
j 1
Qi 1
Q i j 1 Q i j 1
t
j
j 1
j 1
t
Q
Q
Q
i
1
i
i
2
x
Q i j 1 Q i j 1
x
2
t
1
MÉTODO IMPLICITO
j 1
f Q i 1
C
t
x
t
x
Qi
Rui Miguel Madeira Lança
j 1
j 1
Q
j
i 1
j 1
Q i 1 Q i 1
C
q i j11 q i j 1
t
2
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HIDRODINÂMICA
RESOLUÇÃO NUMÉRICA DA ONDA CINEMÁTICA
MODELO QUASI-2D
Rui Miguel Madeira Lança
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CENÁRIOS
SECÇÃO DE CONTROLO
SOLO
CN(AMC II) = 90
Ks = 20 (m1/3/s)
PERFIL = 0.30 (m)
POROSIDADE EFECTIVA = 0.55
TEOR DE ÁGUA INICIAL = 0.44
CAPACIDADE DE CAMPO = 0.45
PONTO DE EMURCHECIMENTO = 0.20
REDE HIDROGRÁFICA
B NASCENTE = 0.50 (m)
B FOZ = 15.00 (m)
SECÇÃO DE
CONTROLO
m1 = m2 = 1.50
Ks NASCENTE = 10 (m1/3/s)
Ks FOZ = 25 (m1/3/s)
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
HIDROGRAMAS NA SECÇÃO DE CONTROLO
BACIA IMPERMEÁVEL
160
P = 6 (mm/hora)
Q c en ário 1
140
Q c en ário 2
Q c en ário 3
ET = 4 (mm/dia)
Q c en ário 4
CENÁRIO 1
LEVEL POOL ROUTING = ON
100
3
cau d al (m /s)
120
OVER LAND FLOW = ON
80
CENÁRIO 2
60
LEVEL POOL ROUTING = OFF
40
OVER LAND FLOW = OFF
20
CENÁRIO 3
0
0
5000
10000
15000
tem p o (s)
20000
25000
30000
LEVEL POOL ROUTING = ON
OVER LAND FLOW = OFF
CENÁRIO 4
LEVEL POOL ROUTING = OFF
OVER LAND FLOW = ON
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
HIDROGRAMAS NA SECÇÃO DE CONTROLO
80
70
P = 6 (mm/hora)
Q c enário 5
60
OVER LAND FLOW = OFF
Q c enário 6
LEVEL POOL ROUTING = OFF
50
40
CENÁRIO 5
30
DYNAMIC CN
20
10
CENÁRIO 6
0
0
5000
10000
15000
Rui Miguel Madeira Lança
20000
25000
30000
STATIC CN
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CONCLUSÕES
A MALHA TIN PERMITE MODELAR O RELEVO DE FORMA ADEQUADA
EXISTEM POUCOS ESTUDOS SOBRE A FORMA DA SECÇÃO
TRANSVERSAL DAS LINHAS DE ÁGUA EM FUNÇÃO DE PARÂMETROS
MORFOLÓGICOS DA BACIA HIDROGRÁFICA
O MÉTODO DE CN DINÂMICO É DIFICIL DE CALIBRAR DEVIDO À FALTA
DE INFORMAÇÃO
O MÉTODO DE CN ESTÁTICO DÁ BONS RESULTADOS E NECESSITA DE
DADOS RELATIVAMENTE FÁCEIS DE OBTER
A ONDA CINEMÁTICA DÁ BONS RESULTADOS EM PEQUENAS LINHAS DE
ÁGUA COM DECLIVES ACENTUADOS
Rui Miguel Madeira Lança
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BACIA HIDROGRÁFICA DA PARDIELA
PEGO PRÓXIMO DA SECÇÃO DE CONTROLO
VISTA GERAL DA BACIA HIDROGRÁFICA
Rui Miguel Madeira Lança
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7º Congresso da Água
Água - Qualidade de Toda a Vida
UTILIZAÇÃO DE REDES TIN EM MODELOS
DISTRIBUÍDOS DE PRECIPITAÇÃO/ESCOAMENTO
SUPERFICIAL
desenvolvido no âmbito do projecto tempQsim
RUI MIGUEL MADEIRA LANÇA, EST-UALG, MARETEC-IST
Slide 2
OBJECTIVOS
SIMULAR PROCESSOS HIDROLÓGICOS À ESCALA DA
BACIA HIDROGRÁFICA
MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
HIDRODINÂMICA
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
QUALIDADE DA ÁGUA
CRESCIMENTO DE PLANTAS
Rui Miguel Madeira Lança
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FORMULAÇÃO DE BASE DO MODELO
MODELO DIGITAL DO RELEVO
MALHA ESTRUTURADA
Rui Miguel Madeira Lança
MALHA NÃO ESTRUTURADA TIN
3
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
TRIANGULAÇÃO DE DELAUNEI – POLIGONOS DE VORONOI
P O L IG O N O D E V O R O N O I
T R IA N G U L A Ç Ã O D E D E L A U N E I
Rui Miguel Madeira Lança
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
T R IA N G U L A C A O D E D E L A U N E I
P O L IG O N O D E V O R O N O I
R E D E H ID R O G R Á F IC A
Rui Miguel Madeira Lança
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BACIA HIDROGRÁFICA DA PARDIELA
LOCALIZAÇÃO
ESTREMOZ
BACIA
HIDROGRÁFICA DA
PARDIELA
Rui Miguel Madeira Lança
ÉVORA
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
DEPRESSÕES NATURAIS DO
RELEVO
Rui Miguel Madeira Lança
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
REDE HIDROGRÁFICA
CÉLULAS INUNDADAS
SECÇÃO DE CONTROLO
DEPRESSÕES NATURAIS DO
RELEVO
Rui Miguel Madeira Lança
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MODELO DIGITAL DO RELEVO
VISTA 3D
Rui Miguel Madeira Lança
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REDE HIDROGRÁFICA
SECÇÃO TRANSVERSAL
b – LARGURA DA BASE DO LEITO
m – DECLIVE DAS MARGENS
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSES TAXONÓMICAS DOS SOLOS
CARTA DE SOLOS (1: 25 000)
USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
CARTA DE OCUPAÇÃO DO SOLO (1:25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSES TAXONÓMICAS DOS SOLOS
CARTA DE SOLOS (1: 25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
CARTA DE OCUPAÇÃO DO SOLO (1:25 000)
Rui Miguel Madeira Lança
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CARACTERIZAÇÃO DA SUPERFICIE
CLASSE HIDROLÓGICA
SOLO +
OCUPAÇÃO DO SOLO
Rui Miguel Madeira Lança
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PRECIPITAÇÃO
DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DA PRECIPITAÇÃO
E s taç ão 3 - prec ipitaç ão horária (m m )
15
C élula i - prec ipitaç ão horária (m m )
10
15
5
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
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5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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E s taç ão 1 - prec ipitaç ão horária (m m )
15
10
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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Rui Miguel Madeira Lança
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INFILTRAÇÃO
MÉTODO DA CURVA NÚMERO DO SOIL CONSERVATION
SERVICE
CN ESTÁTICO
CN DINÂMICO
2
5080
50 . 8
P
CN
Pe
20320
P
203 . 2
CN
Rui Miguel Madeira Lança
P precipitação total acumulada;
Pe precipitação efectiva acumulada;
CN curva número,
parâmetro empírico função de:
teor de humidade antecedente;
classe taxonómica do solo;
uso do solo.
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HIDRODINÂMICA
NA SUPERFICIE DOS POLIGONOS DE VORONOI
MÉTODO DE MUSKINGUM
Q1=Pe.A/Dt
VELOCIDADE E TEMPO DE RETENÇÃO NA CÉLULA
h
Q2
S
Cr A
U KS h
T K
2/3
S0
B
1/ 2
d
d
U
MÉTODO DE MUSKINGUM
Q2
j 1
C1
C 1 Q1
j 1
j
C 2 Q1 C 3 Q 2
t 2 K X
2 K 1 X t
Rui Miguel Madeira Lança
C2
d
j
t 2 K X
2 K 1 X t
C3
2
r
B
2
2 K 1 X t
2 K 1 X t
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HIDRODINÂMICA
EM PEGOS, LAGOS OU ALBUFEIRAS
‘LEVEL POOL ROUTING’
VOL VOL
IN
j
S j 1 S j
Rui Miguel Madeira Lança
VOL
Q1 Q1
2
OUT
j 1
j
t
Q2 Q2
j 1
t
2
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HIDRODINÂMICA
LINHAS DE ÁGUA
EQUAÇÕES GERAIS DO ESCOAMENTO COM SUPERFÍCIE LIVRE
(Equações de Saint-Venant)
Equação de conservação da massa
Q
x
A
t
q
Equação de conservação da quantidade de movimento
Q2
A t
A x A
1
Q
1
y
g
g S 0 S f 0
x
atrito com o leito
gravidade
diferença de pressões
aceleração convectiva
aceleração local
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
LINHA DE ÁGUA
Equação de conservação da massa
Q A
q
x
t
Equação de conservação da quantidade de movimento
S0 S f
Equação de onda cinemática
Q
x
Q
1
Q
q
t
2
3
P
1
2
K
S
0
s
3
5
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
RESOLUÇÃO MUNÉRICA DA ONDA CINEMÁTICA
MÉTODO EXPLICITO
j 1
qi 1 qi 1
j
2
j 1
Qi 1
Q i j 1 Q i j 1
t
j
j 1
j 1
t
Q
Q
Q
i
1
i
i
2
x
Q i j 1 Q i j 1
x
2
t
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MÉTODO IMPLICITO
j 1
f Q i 1
C
t
x
t
x
Qi
Rui Miguel Madeira Lança
j 1
j 1
Q
j
i 1
j 1
Q i 1 Q i 1
C
q i j11 q i j 1
t
2
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HIDRODINÂMICA
RESOLUÇÃO NUMÉRICA DA ONDA CINEMÁTICA
MODELO QUASI-2D
Rui Miguel Madeira Lança
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CENÁRIOS
SECÇÃO DE CONTROLO
SOLO
CN(AMC II) = 90
Ks = 20 (m1/3/s)
PERFIL = 0.30 (m)
POROSIDADE EFECTIVA = 0.55
TEOR DE ÁGUA INICIAL = 0.44
CAPACIDADE DE CAMPO = 0.45
PONTO DE EMURCHECIMENTO = 0.20
REDE HIDROGRÁFICA
B NASCENTE = 0.50 (m)
B FOZ = 15.00 (m)
SECÇÃO DE
CONTROLO
m1 = m2 = 1.50
Ks NASCENTE = 10 (m1/3/s)
Ks FOZ = 25 (m1/3/s)
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
HIDROGRAMAS NA SECÇÃO DE CONTROLO
BACIA IMPERMEÁVEL
160
P = 6 (mm/hora)
Q c en ário 1
140
Q c en ário 2
Q c en ário 3
ET = 4 (mm/dia)
Q c en ário 4
CENÁRIO 1
LEVEL POOL ROUTING = ON
100
3
cau d al (m /s)
120
OVER LAND FLOW = ON
80
CENÁRIO 2
60
LEVEL POOL ROUTING = OFF
40
OVER LAND FLOW = OFF
20
CENÁRIO 3
0
0
5000
10000
15000
tem p o (s)
20000
25000
30000
LEVEL POOL ROUTING = ON
OVER LAND FLOW = OFF
CENÁRIO 4
LEVEL POOL ROUTING = OFF
OVER LAND FLOW = ON
Rui Miguel Madeira Lança
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HIDRODINÂMICA
HIDROGRAMAS NA SECÇÃO DE CONTROLO
80
70
P = 6 (mm/hora)
Q c enário 5
60
OVER LAND FLOW = OFF
Q c enário 6
LEVEL POOL ROUTING = OFF
50
40
CENÁRIO 5
30
DYNAMIC CN
20
10
CENÁRIO 6
0
0
5000
10000
15000
Rui Miguel Madeira Lança
20000
25000
30000
STATIC CN
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CONCLUSÕES
A MALHA TIN PERMITE MODELAR O RELEVO DE FORMA ADEQUADA
EXISTEM POUCOS ESTUDOS SOBRE A FORMA DA SECÇÃO
TRANSVERSAL DAS LINHAS DE ÁGUA EM FUNÇÃO DE PARÂMETROS
MORFOLÓGICOS DA BACIA HIDROGRÁFICA
O MÉTODO DE CN DINÂMICO É DIFICIL DE CALIBRAR DEVIDO À FALTA
DE INFORMAÇÃO
O MÉTODO DE CN ESTÁTICO DÁ BONS RESULTADOS E NECESSITA DE
DADOS RELATIVAMENTE FÁCEIS DE OBTER
A ONDA CINEMÁTICA DÁ BONS RESULTADOS EM PEQUENAS LINHAS DE
ÁGUA COM DECLIVES ACENTUADOS
Rui Miguel Madeira Lança
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BACIA HIDROGRÁFICA DA PARDIELA
PEGO PRÓXIMO DA SECÇÃO DE CONTROLO
VISTA GERAL DA BACIA HIDROGRÁFICA
Rui Miguel Madeira Lança
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