UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL

CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO

SWAT PARA A PREDIÇÃO DE VAZÕES

NA BACIA DO RIBEIRÃO PIPIRIPAU

LEANDRO DE ALMEIDA SALLES

ORIENTADOR: PROF. DR. HENRIQUE MARINHO LEITE CHAVES

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS

BRASÍLIA-DF, FEVEREIRO/2012.

OBJETIVO GERAL

• Calibrar e validar o modelo SWAT com dados hidrológicos e fisiográficos locais da bacia do ribeirão Pipiripau, visando sua aplicação na predição das vazões e do balanço hídrico da bacia.

MODELO HIDROLÓGICO SWAT

• Soil and Water Assesment Tool - SWAT

• Modelo CHUVA-VAZÃO

• Desenvolvido pelo Agricultural Research Service (ARS/USDA) dos Estados Unidos

MODELO HIDROLÓGICO SWAT

• Simula os fenômenos físicos do ciclo hidrológico associados ao uso do solo

• Independente do tipo de estudo, o funcionamento do SWAT será sempre função do balanço hídrico

Luzio et al. (2002)

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

a) Modelo Digital de Terreno (MDT)

b) Mapa de uso do solo

c) Mapa Pedológico

d) Dados meteorológicos

e) Dados fluviométricos

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

a) Modelo Digital de Terreno (MDT)

b) Mapa de uso do solo

c) Mapa Pedológico

d) Dados meteorológicos

e) Dados fluviométricos

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

a) Modelo Digital de Terreno (MDT)

b) Mapa de uso do solo

c) Mapa Pedológico

d) Dados meteorológicos

e) Dados fluviométricos

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

a) Modelo Digital de Terreno (MDT)

b) Mapa de uso do solo

c) Mapa Pedológico

d) Dados meteorológicos

e) Dados fluviométricos

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

d) Dados meteorológicos

Dados da estação meteorológica convencional de Brasília (código 83377)

• Temperatura máxima e mínima

• Velocidade do vento

• Umidade relativa.

DADOS DE ENTRADA NO MODELO

a) Modelo Digital de Terreno (MDT)

b) Mapa de uso do solo

c) Mapa Pedológico

d) Dados meteorológicos

e) Dados fluviométricos

Luzio et al. (2002)

Simulação do Modelo SWAT

•Foi estabelecido para calibração/análise de sensibilidade o período entre 01/01/1989 e 31/12/1998

•Foi estabelecido o período entre 01/01/1999 a 31/12/2008 para ser feita a validação

Li et al. (2010)

Classificação dos resultados da simulação de acordo com Moriasi et al. (2007)

Classificação RSR Ens COEA PBIAS (%)

Muito bom 0 ≤ RSR ≤ 0,50 0,75 < Ens ≤ 1 0,75 < COEA ≤ 1 PBIAS < ± 10

Bom 0,50 ≤ RSR ≤ 0,60 0,65 < Ens ≤ 0,75 0,65 < COEA≤ 0,75 ±10 ≤ PBIAS ≤ ±15

Satisfatório 0,60 ≤ RSR ≤ 0,70 0,50 < Ens ≤ 0,60 0,50 < COEA ≤ 0,60 ±15 ≤ PBIAS ≤ ±25

Insatisfatório RSR ≥ 0,50 Ens ≤ 0,50 COEA ≤ 0,50 PBIAS ≥ ±25

Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo

2) Análise de sensibilidade

3) Calibração do modelo

4) Validação do modelo

5) Análise dos resíduos

1) Simulação antes da calibração do modelo

•Avaliação visual

0

5

10

15

20

25

30

1 20 39 58 77 96 115

Tempo (meses)

Vazão

(m

³/s)

Qcal

Qobs

1) Simulação antes da calibração do modelo

•Avaliação da Qualidade da simulação indica ser necessário a calibração do modelo

Simulação/ Estatística

Antes da calibração

Resultado Classificação*

Ens -9,05 Não satisfatório

COEA -13,37 Não satisfatório

PBIAS (%) -115,40 Não satisfatório

RSR 3,17 Não satisfatório

*Moriasi et al. (2007)

Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo

2) Análise de sensibilidade

3) Calibração do modelo

4) Validação do modelo

5) Análise dos resíduos

• 27 Parâmetros

• 1.400 Simulações

• 5% de alteração em cada ponto amostrado

Um parâmetro por vez

2) Análise de sensibilidade

•Ranking de importância para simulção da vazão da bacia do ribeirão do Pipiripau Nos três critérios adotados para avaliar a sensibilidade.

2) Análise de sensibilidade

0

5

10

15

20

25

30

Cn2

Ch_K2

Surlag

Alpha_Bf

Esco

Rch

rg_D

p

Ch_N

2

Sol_Aw

c

Gwqm

n

Gw_D

elay

Gw_R

evap

Sol_Z

Reva

pmn

Canm

xBla

i

Slope

Sol_KEpco

Slsubbsn

Sol_Alb

Biom

ix

Sftmp

Smfm

n

Smfm

x

Smtm

p

Timp

Tlaps

Parâmetro

Ra

nk

ing SSQ

SSQR

Qsim

Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo

2) Análise de sensibilidade

3) Calibração do modelo

4) Validação do modelo

5) Análise dos resíduos

Calibração do modelo

•Vazão média mensal •Pluviograma da precipitação mensal

(1989 a 1998)

Calibração do modelo

•Curva de Permanência

0

5

10

15

20

25

30

0.83 25.00 49.17 73.33 97.50

Permanência (%)

Va

zã

o (

m³/s

)

Qobs

Qcal

Primeira Simulação

(1989 a 1998)

Calibração do modelo

y = 0.733x + 0.9391

R2 = 0.6819

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12

Qobs (m³/s)

Qc

al

(m

³/s

) Reta 1:1

Reta de

tendência

(1989 a 1998)

Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo

2) Análise de sensibilidade

3) Calibração do modelo

4) Validação do modelo

5) Análise dos resíduos

Validação do modelo (1999 a 2008)

•Vazão média mensal •Pluviograma da precipitação mensal

Validação do modelo

•Curva de Permanência

0

3

6

9

0.00 25.00 50.00 75.00 100.00

Permanência (%)

Vazão

(m

³/s)

Qobs

Qcal

(1999 a 2008)

Validação do modelo

y = 0.8775x + 0.7224

R2 = 0.8825

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10

Qobs (m³/s)

Qc

al

(m³/

s) Reta 1:1

Reta de

tendência

(1999 a 2008)

Validação do modelo

*Moriasi et al. (2007)

Simulação/Estatística

Antes da calibração Após calibração Validação

Ens -9,05 NS 0,67 Bom 0,79 Muito bom

COEA -13,37 NS 0,52 Satisfatório 0,65 Bom

PBIAS (%) -115,40 NS -6,70 Muito bom -21,49 Satisfatório

RSR 3,17 NS 0,58 Bom 0,46 Muito bom

•Estatística de verificação

(1999 a 2008)

Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo

2) Análise de sensibilidade

3) Calibração do modelo

4) Validação do modelo

5) Análise dos resíduos

Análise dos resíduos

•Resíduo normalizado em relação a vazão observada do respectivo mês.

Período de Calibração (1999-2008) Período de Validação (1999-2008)

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

0 2 4 6 8 10 12

Qobs (m³/s)

Resíd

uo

lo

cal

-3

-2

-1

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Qobs (m³/s)

Resíd

uo

lo

cal

CONCLUSÕES

• Os resultados indicam que o modelo SWAT simulou, de forma satisfatória, as vazões mensais do ribeirão Pipiripau

– Após um período de calibração.

– Os 4 indicadores da qualidade da simulação

resultados variando de satisfatório a muito bom.

CONCLUSÕES

• Maiores resíduos foram observados nas vazões de base função objetivo utilizada

• O modelo tendeu a superestimar as vazões.

MUITO OBRIGADO!!!!