Análise de sensibilidade do modelo de fluxos de detritos : Kanako-2D

Abstract

Por se tratar de um fenômeno complexo, a modelagem computacional tem sido utilizada na tentativa de simular o comportamento de fluxos de detritos. Um dos modelos computacionais é o Kanako-2D. O presente trabalho realizou análise de sensibilidade desse modelo em relação a alcance, área de erosão, área de deposição, área total atingida e largura do fluxo. Os valores dos parâmetros de entrada do Kanako-2D, cujas faixas de variação foram estabelecidas a partir de revisão bibliográfica, foram alterados individualmente enquanto os demais eram mantidos nos valores padrão do modelo. Os parâmetros analisados foram: diâmetro dos sedimentos, coeficiente de rugosidade de Manning, coeficiente de taxa de deposição, coeficiente de taxa de erosão, massa específica da fase fluida, massa específica do leito, concentração de sedimentos e ângulo de atrito interno. Foi utilizada uma vertente real com histórico de ocorrência de fluxos de detritos (bacia hidrográfica do arroio Böni, em Alto Feliz e São Vendelino/RS) e uma vertente hipotética com as mesmas características da vertente real para avaliar o efeito da topografia na propagação do fluxo. Também foram simuladas diferentes condições de terreno na propagação do fluxo de detritos. A sensibilidade do modelo foi quantificada a partir de três métodos: (a) análise por rastreamento, que indicou massa específica do leito, ângulo de atrito interno e concentração de sedimentos como os parâmetros que causam maior sensibilidade do modelo; (b) análise regional, indicando que os parâmetros massa específica do leito, ângulo de atrito interno e massa específica da fase fluida apresentaram maior sensibilidade do modelo; e (c) análise das variâncias, em que os parâmetros que mais causaram sensibilidade ao modelo foram coeficiente de taxa de erosão, diâmetro dos sedimentos e massa específica do leito. Os resultados apontaram que, de maneira geral, os parâmetros que geram maior sensibilidade no modelo são massa específica do leito, ângulo de atrito interno e concentração de sedimentos. As maiores variações relativas, no entanto, foram observadas nos parâmetros massa específica do leito, ângulo de atrito interno e massa específica da fase fluida. As maiores sensibilidades foram verificadas, em ordem decrescente, para área de erosão, área total, área de erosão, área de deposição, alcance e largura na vertente real e, para área total, alcance e largura na vertente hipotética. A condição de terreno que gerou maior alcance e área atingida foi de 45° de inclinação na encosta e 17° de inclinação na planície aluvial.

Due to a complex phenomenon, computational modeling has been used in an attempt to simulate the behavior of debris flows. One of the computational models is Kanako-2D. The present work carried out sensitivity analysis of this model in relation to length, erosion area, deposition area, total reached area and flow width. The values of the Kanako-2D input parameters, which ranges were established from literature review, were individually changed while the others were kept at the standard values of the model. The analyzed parameters were: sediment diameter, Manning roughness coefficient, coefficient of deposition rate, coefficient of erosion rate, mass density of the fluid phase, mass density of bed material, sediment concentration and internal friction angle. It was used a real slope-site with a history of occurrences of debris flow (Böni river basin in Alto Feliz and São Vendelino/RS) and a hypothetical slope-site with the same characteristics of the real one to evaluate the effect of the topography in the propagation of the flow. Different hillslope and alluvial fan conditions were also simulated in order to evaluate the length and reached area in the propagation of the flow. The sensitivity was quantified from three methods: (a) screening analysis, which indicated mass density of bed material, internal friction angle and sediment concentration as the parameters that cause bigger sensitivity in the model; (b) regionalized analysis, indicate that the parameters mass density of bed material, internal friction angle and mass density of the fluid phase showed higher sensitivity in the model; and (c) variances analysis, indicated that coefficient of erosion rate, sediment diameter and mass density of bed material showed higher sensitivity in the model. The results showed that, in general, the parameters that generate the higher sensitivity in the model are mass density of bed material, internal friction angle and concentration. The largest relative variation, however, in the response of the model were observed in mass density of bed material, internal friction angle and mass density of fluid phase. In descending order, the highest sensitivities were verified for erosion area, total area, deposition area, length and width for the real slope-site and total area, length and width for the hypothetical slope-site. The terrain condition that generated the largest length and reached area was 45° on the hillslope and 17º on the alluvial fan.