Modelos Hidrológicos

Prof. Benedito C. Silva

EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada

Modelos hidrológicos - Introdução

Podem ser divididos em:

Simples Apenas chuva e vazão

ComplexosChuva, infiltração,

interceptação, água no solo, percolação, escoamento superficial,

escoamento sub-superficial, escoamento em rios,

evapotranspiração

Exemplo de modelos hidrológico simples O método racional

6,3AiCQp

Qp = vazão de pico (m3/s)C = coeficiente de escoamento do método racional (não confundir)i = intensidade da chuva (mm/hora)A = área da bacia (km2)

Apenas vazão máxima; não calcula volume nem forma do hidrograma- Aplicado para pequenas bacias- Eventos simples- Avaliações preliminares

Modelos hidrológicos mais complexos Principal objetivo original:

Estender séries de vazão no tempo e no espaço usando dados de precipitação.

Novos objetivos chuva-vazão Mudanças de clima Mudanças de vegetação Mudanças de uso do solo Base para modelos de qualidade de água com fontes pontuais e

difusas Base para modelos de transporte de sedimentos Estimativas de hidrogramas de projeto Acoplamento com modelos atmosféricos Previsão de vazão em tempo real com base na chuva observada

e prevista Auxiliar entendimento dos processos: testar hipóteses

Classificação de modelos

Quanto à descrição do processo Quanto à discretização espacial Quanto à extensão temporal

Tipos de modelos quanto à descrição dos processos Data driven (baseados em dados)

O que interessa é a entrada e a saída. Podem ser modelos black-box ou modelos conceituais simples, concentrados.

Process driven (baseados em processos) Descrevem os processos intermediários com detalhe.

Intermediários Aprofundam a descrição de alguns processos mas são

relativamente simplificados em outros.

Modelos detalhados – Process driven O exemplo mais clássico de um modelo

hidrológico realmente detalhado é o modelo SHE (Sistema Hidrológico Europeu).

Proposta do modelo SHE Um modelo hidrológico que utiliza todo o

conhecimento teórico disponível, de forma mais completa possível.

Proposta do modelo SHE Escoamento superficial: Equação de difusão em duas dimensões

sobre o terreno

Escoamento em canais: Equações de Saint-Venant completas

Escoamento subterrâneo: Equação de Darcy e de continuidade resolvida em duas dimensões

Escoamento sub-superficial: Equação de escoamento em meio poroso não saturado em uma dimensão (vertical) para cada grid-cell

Infiltração: método hortoniano

Evapotranspiração: Equação de Penman-Monteith

Decepção com modelo SHE Apesar de toda a complexidade, resultados não são

necessariamente melhores. Exige uma quantidade de dados que nem sempre

está disponível. Dependendo da escala em que os dados são

obtidos e da escala em que o modelo é aplicado pode ser necessária a calibração dos parâmetros:

valores efetivos dos parâmetros diferentes dos valores medidos no campo.

Modelos baseados em dados(data driven)

Modelos black-box (caixa preta) Modelos de redes neurais. Modelos função de transferência simples.

Modelos intermediários ou conceituais Usam a equação da continuidade, associada a uma

ou mais equações empíricas. Quase todos os modelos hidrológicos mais

conhecidos se encaixam nesta categoria: IPH2 Topmodel Stanford SMAP IPHS1 SWMM HEC-HMS

Classificação quanto à discretização espacial da bacia Concentrado Distribuído por sub-bacias Distribuído por módulos

Modelos Precipitação-Vazão

Características dos modelos Discretização das bacias : concentrado; distribuído por bacia;

distribuído por célula

Modelos semi-distribuídos

Modelos concentrados aplicados em sub-bacias unidas por uma rede de drenagem são, às vezes, denominados modelos semi-distribuídos.

Distribuídos x concentrados Vantagens distribuído

incorpora variabilidade da chuva

incorpora variabilidade das características da bacia

permite gerar resultados em pontos intermediários

Vantagens concentrado mais simples mais rápido mais fácil calibrar

Dados de entrada de modelos hidrológicos Dados fisiográficos da bacia (área, comprimento,

declividade, ...)

Precipitação

Vazão (sempre que o modelo tenha que ser calibrado)

Evapotranspiração evaporação de tanque variáveis meteorológicas

temperatura umidade relativa radiação solar pressão atmosférica velocidade do vento

Quanto à extensão temporal da simulação Eventos

Hidrologia urbana Eventos observados ou cheias de projeto Em geral pode-se desprezar evapotranspiração

Séries contínuas Representar cheias e estiagens Volumes, picos, recessões Evapotranspiração deve ser incluída

Módulo baciaGeração de escoamento na

baciaPropagação do escoamento

interno à bacia

Módulo rioPropagação de escoamento na

rede de drenagem

bacia

rio

reservatório

Estrutura básica dos modelos hidrológicos

Percolação

Processos do ciclo hidrológico representados em modelos

Interceptação

Depressões

chuva

Escoamentosuperficial

Infiltração

Armazenamentono solo

Armazenamentono subsolo

EscoamentoSub-superficial

Vazão no rio

evap

Modelos que serão estudados nesta disciplinaHEC-HMS Modelo de transformação chuva-vazão

(módulos bacia e rio), distribuído por sub-bacias, para simulação de eventos

HEC-RAS Modelo de propagação do escoamento

(apenas módulo rio)

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