Modelagem e simulação hidrológica Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves .

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Modelagem e simulação hidrológica Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves www.ctec.ufal.br/professor/mgn

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Modelagem e simulação hidrológica

Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neveswww.ctec.ufal.br/professor/mgn

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• Horário: terças e quintas 13:00 até 16:00• Local: Sala do Mestrado do PPGRHS• Disciplina Eletiva

Objetivo• Compreender os processos e sua interação

em sistemas hídricos, lançando as bases para a simulação e comparação de cenários que, por sua vez, subsidiam tomadas de decisão racionais

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Programa0. Introdução à disciplina1.Fundamentos da modelagem2.Análise numérica 3. Otimização de parâmetros4. Escoamento: introdução, modelos de rios e reservatórios5. Escoamento: modelos chuva-vazão

• As aulas e demais atividades distribuídas ao longo do bimestre, totalizando 45 horas. Pode haver alteração ao longo do processo (com aviso prévio)

• Material disponibilizado em:www.ctec.ufal.br/professor/mgn

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Cronograma 2015.2

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BibliografiaLIVROS Tucci, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Ed. UFRGS ABRH 652p- FRAGOSO JR, C. R. ; FERREIRA, T. F. ; MOTTA MARQUES, D. M. L. . Modelagem Ecológica em Ecossistemas Aquáticos.

1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. v. 1. 304p.- Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação- Maidment – Handbook of Hydrology- Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos- Cunha, C. Métodos Numéricos - para as Engenharias e

Ciências Aplicadas. Campinas, SP: Editora da Unicamp.- Beven, K. 2001. Rainfall-runoff modeling: the primer- Ponce, V. M. Engineering Hydrology: Principles and Practice- McCuen, R. Hydrologic Analysis and design- Anderson & Burt - Hydrological ForecastingColeção ABRH – Modelos para gerenciamento de rec. híd.

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BibliografiaLIVROS - Chapra – Surface Water Quality Modeling- Chapra e Canale – Numerical Methods for Engineers-Wagener, Wheater, Gupta - Rainfall-runoff modelling in gauged

and ungauged catchments- Singh, V.P.; ed. Computer models of watershed hydrology.

Highlands Ranch, Colorado, Water Resources Publ., 1995.- Physical Hydrology (Dingman)- Hydrology: An Introduction - Brutsaert

ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS– Klemes, V. 1986 Operational testing of hydrological

simulation models. Hydrological Sciences Journal V. 31 No. 1 pp. 13-24.

– Nash e Sutcliffe, 1970 (Journal of Hydrology)

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ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS– SINGH, V. P. e WOOHISER, D. A, 2002. Mathematical

Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic Engineering V 7 N4 July 2473-292.

– Artigo do Gupta sobre o coeficiente de Nash-Sutcliffe considerando variabilidade sazonal (Value of Nash values)

– Perrin, C.; Michel, C.; Andréassian, V. Does a large number of parameters enhance model performance? Comparative assessment of common catchment model structures on 429 catchments. J. Hydrology, 242:275-301, 2001.

Bibliografia

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Avaliação• Os conceitos serão obtidos por meio de:

– Provas de conceitos individuais 20%– um trabalho em forma de artigo individual peso

80%

• Recuperação todo o conteúdo do curso prova é para alunos que faltarem uma prova por qualquer razão e para quem desejar melhorar o conceito.

• Não haverá recuperação para alunos que deixarem de fazer o trabalho em forma de artigo

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Avaliação

Nota Conceito

10 a 9 A

9 a 8 B

8 a 7 C

< 7 D

• O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno e aceito pelo professor (vejam depois sugestões nos próximos slides ou converse com alunos de turmas passadas para complementar seus trabalhos

• Provas de conceitos

– Sorteado no momento da prova um tema para a 1ª metade da aula dissertação nota PC_1

– 2ª metade da prova dissertação sobre outro tema escolhido, com exceção daquele sorteado nota PC_2

– Nota da PC = 0,4 . PC_1 + 0,6 . PC_2

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No Área Tema Direcionamento

1 Hidrologia Urbana

Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e aplicação de um modelo conhecido

Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado e simulando com um modelo conhecido, como o SWMM

2 Hidrologia Urbana

Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e desenvolvimento (ou aprimoramento) de um algoritmo

Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado, montando ou aprimorando um algoritmo e simulando

3 Hidrologia

É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos concentrados

Tomar um algoritmo de algum modelo concentrado como o IPH II ou o IPH-MEN ou outro, calibrar separadamente para mínimas, médias e máximas, verificar a possibilidade de haver uma função ou um algoritmo que faça o modelo entender que o parâmetro muda conforme algum critério que vise à sazonalidade e simular para um período de validação esta modificação. Se existir uma versão do modelo escolhido com interface, esta versão pode ser utilizada na fase de calibração.

4 Hidrologia

É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos distribuídos

Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH

Algumas idéias para trabalhos

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No Área Tema Direcionamento

5 Hidrologia

Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos?

Tomar uma bacia, calibrar e verificar um modelo concentrado e um distribuído e com um posto fluviométrico. Deve haver nesta bacia postos pluviométricos com dados diários e com dados horários de precipitação, provenientes de estações automáticas. Supõe-se que melhore, sobretudo em bacias de cabeceira.

6 Hidrologia

Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos concentrados

Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo concentrado. Neste caso, pode-se tomar mais de uma bacia, uma com posto fluviométrico próximo à cabeceira e outra mais distante da cabeceira

7 Hidrologia

Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos distribuídos

Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH

Algumas idéias para trabalhos

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• Calibração IPH-2 com o MOCOM-UA usando ponderadores para ponderar cada uma das simulações

• Calibração do IPH-2 com o MOCOM-UA usando funções objetivo associadas a faixas de vazões (altas x baixas) ou (altas x médias x baixas).

• Hidrograma unitário geomorfológico.• Metodologia dos franceses para estimar HU e

perdas ao mesmo tempo.• Comparação Muskingum-Cunge x Hidrodinâmico

para diferentes situações de vazão, declividade e comprimento de rio.

• Escalas dos processos hidrológicos e sua representação pelos modelos

Algumas idéias para trabalhos

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Outras idéias para trabalhos• O uso de satélites para estimativa da precipitação:

como pode complementar a rede pluviométrica e suas falhas?

• Previsão de precipitação em tempo real e o seu uso na previsão de vazão: métodos, vantagens e desvantagens e tendências;

• Modelos hidrológicos de previsão em tempo real de vazão: distribuídos concentrados, vantagens e desvantagens

• Modelos distribuídos para pequenas bacias rurais para avaliação dos impactos sobre alterações do uso do solo

• Técnicas de Otimização associadas com a estimativa dos parâmetros de modelos hidrológicos: funções objetivo e funções multi-objetivo associada a modelos distribuídos.

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Outras idéias para trabalhos• Otimização multi-objetivo de diferentes modelos:

hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros• Integração de SIG com modelos – Como organizar?• Uso de incertezas em associação com a estimativa

dos modelos hidrológicos• Modelos de Grandes bacias: estrutura de balanço,

incertezas associadas e limitações• Otimização e simulação do funcionamento de

sistemas de reservatórios: modelos, usos e limitações• Decision Support Systems em recursos hídricos:

estrutura básica, elementos, principais tipos utilizados.

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Outras idéias para trabalhos• Evaporação e Evapotranspiração: fundamentos,

dados, medidas, técnicas de modernas de avaliação• Avaliação do escoamento subterrâneo nos modelos

hidrológicos: modelos, estruturas, estimativa de parâmetros e sua relação com as características das bacias.

• Escoamento em meio não – saturado: formulações utilizadas nos modelos, representação de recargas e fontes.

• Modelos de operação Usos múltiplos: Energia e inundações – volume de espera

• Sistemas integrados de previsão e operação de reservatórios.

• Estimativa do volume de áreas de inundação na propagação no Pantanal

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Outras idéias para trabalhos• Simulação com Modelo Muskingun-Cunge não-linear

para conservação de volume em rios• Avaliação da previsão de longo prazo da umidade do

solo na bacia do rio Uruguai• Avaliação de funções multi-objetivo em associação

com modelo distribuído de grandes bacias para extrapolação espacial e temporal

• Estimativa de precipitação com imagens de satélites numa área com precipitação conhecida: Uso de modelos existentes

• Uso do Modelo IPHS1 para simulação de um sistema e análise do comportamento hidrológico