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Modelos Chuva-Vazão

Prof. Carlos Ruberto Fragoso Júnior

Tópicos

Revisão Modelos Conceituais Distribuídos

IPHS1 MGB-IPH

Modelo IPH2

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

Quanto à extensão temporal

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

Estrutura básica módulo bacia módulo rio, reservatório

Módulo baciaGeração de escoamento

Módulo rioPropagação de escoamento

bacia

rio

reservatório

Estrutura de modelos concentrados e distribuídos

Modelos ConceituaisChuva-Vazão Distribuídos

Equipe de Desenvolvimento:

IPH - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - UFRGSCoordenador do Projeto pelo IPH: Carlos Eduardo Morelli TucciColaboradores no desenvolvimento da versão FORTRAN:Adolfo O. N. VillanuevaDaniel G. AllasiaMarllus G. das NevesWalter Collischonn

FEA - Faculdade de Engenharia Agrícola - UFPelAgência para o Desenvolvimento da Lagoa Mirim - UFPelCoordenador de Desenvolvimento pela UFPel :João S. Viegas FilhoColaboradora de Desenvolvimento pela UFPel:Rita de Cássia Fraga DaméAnalistas de Sistemas, Desenvolvedor:Adriano Rochedo Conceição

Setor de Hidráulica e Saneamento - Departamento de Física – FURGCoordenador de Desenvolvimento versão FORTRAN pela FURG: Rutinéia TassiColaborador de Desenvolvimento pela FURG:Ezequiel Wustrow Souza

Universidad Nacional de Córdoba - UNCCoordenador de Desenvolvimento manuais em espanhol: Juan Carlos BertoniColaborador da UNC:Carlos Catalini

IPHS1 windows®

Material Disponível:

-Manual do Usuário do IPHS1-Manual de Fundamentos do IPHS1-Manual de Exemplos do IPHS1-Banco de Dados de Exemplos do IPHS1

Home page:

www.fisica.furg.br/IPHS1

www.iph.ufrgs.br/iphs1

Contatos:

rutineia@gmail.com

hidrologia@gmx.net

IPHS1 windows®

IPHS1 windows®

Modelo IPHS1

IPHS1 windows®

Configurações do computador

O IPHS1 utiliza como símbolo de decimal o “ponto”

Se for necessário mudar essa configuração, acessar a opção:

Painel de Controle/Data, hora, idioma e opções regionais/Opções regionais e idioma/Opções regionais/Personalizar/Símbolo decimal =>”.”

ou

Control Panel/ Regional and language options/Regional options/Customize/Decimal symbol => “.”

Modelo IPHS1

Estrutura é baseada na operação hidrológica

Sub-bacia

trecho de rio

reservatório

seção de leitura

divisão

Modelo IPHS1 - Sub-bacia

Entrada: Precipitação (t) entrada dos postos de precipitação independente das sub-bacias. Ponderação de acordo com a influência de cada posto.

A precipitação pode serhistórica ou de projetopara ser reordenada.

B1

B2B3

B4B5

Postos pluviométricos

Opções de modelos de separação de escoamento: SCS, Horton modificado (IPH2), HEC1,

opções de propagação : Clark, HEC1, HU, Hymo (Nash), SCS.

Opção de água subterrânea : reservatório linear simples.

Modelo IPHS1 - Sub-bacia

Algumas ferramentas

Barra de Menus

Barra de Ferramentas Principal

Caixa de Títulos, Descrições e Comentários

Barra de Ferramentas Hidrográficas

Barra de Avisos

Área de Projetos

Apredendo a utilizar o modelo IPHS1

IPHS1 windows®

Aprendendo a utilizar o IPHS1

IPHS1 windows®

Barra de Menus

Barra de Ferramentas Principal Caixa de

Títulos

Barra de Ferramentas

Hidrológicas

Barra de Avisos

Área de projeto

IPHS1

Solução Criar novo projeto Definir intervalo de tempo

vamos usar 0,5 hora, porque os dados estão em 0,5 hora e o HU fica bem definido

Número de intervalos de tempo com chuva o enunciado dá 5 intervalos com chuva

Número total de intervalos de tempo vamos adotar 20 para ter folga e descrever bem o

hidrograma resultante

Definir topologia e objetos

Características da bacia Separação de escoamento método SCS com

CN = 80 Propagação na bacia com HU dado

A área e o tempo de concentração não seriam necessários para os cálculos

mas o programa exige estes dados (embora não os utilize)

Cuidado para dividir ordenadas do HU por 10!

Resultado

Vamos Exercitar!!!

Mais adiante voltaremos a usar o IPHS1!

Modelo hidrológico de grandes bacias – MGB-IPH

Apresentação

Modelo desenvolvido durante doutorado Walter Collischonn sob orientação do prof. Carlos Tucci (IPH UFRGS)

Aplicado em várias bacias no Brasil Adequado para:

Avaliação de disponibilidade hídrica em locais com poucos dados Previsão hidrológica Avaliação de efeitos de atividades antrópicas em grandes bacias

Grandes bacias x pequenas bacias Situação normal:

Em grandes bacias existem longas séries de medições de vazão.

Em pequenas bacias as séries de medição de vazão são mais curtas (quando existem). Muitas vezes a solução é usar um modelo hidrológico para estender a série.

Grandes bacias x pequenas bacias Em pequenas bacias é possível usar

modelos concentrados. Em grandes bacias a variabilidade é maior.

Modelos concentrados são menos adequados.

Mesmo assim os modelos distribuídos mais famosos são os de pequenas bacias.

Modelos distribuídos de pequenas bacias Referências mais freqüentes: SHE e

Topmodel. Desenvolvidos na esperança de que as

medições pontuais de uma série de variáveis na bacia poderia evitar a calibração de parâmetros.

Exigem grande quantidade de dados.

Problemas de hidrologia de grandes bacias

variabilidade plurianual mudanças de uso do solo previsão em tempo real

Quais são os processos que contribuem para a variabilidade plurianual da vazão de uma bacia?

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Dez/62 Dez/64 Dez/66 Dez/68 Dez/70 Dez/72 Dez/74 Dez/76 Dez/78 Dez/80 Dez/82

Vazã

o m

édia

men

sal (

m3/

s)

Rio Paraguai em Porto Esperança, MS - (360.000 km2)

Como é possível aproveitar as previsões meteorológicas no manejo de recursos hídricos?

Previsão do modelo regional do CPTEC - INPE

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

1970 1975 1980 1985 1990 1994

Ano

Áre

a oc

upad

a (1

000

ha) bovinos

soja

Quais são as conseqüências das mudanças de uso do solo em larga escala?

0

500

1000

1500

2000

2500

jul-69 jul-71 jul-73 jul-75 jul-77 jul-79 jul-81 jul-83

Vazã

o (m

3/s)

Rio Taquari, MS.

Modelo hidrológico de grandes bacias desenvolvido

Baseado no modelo LARSIM, com algumas adaptações do modelo VIC-2L.

Balanço de água no solo simplificado Evapotranspiração por Penman - Monteith, conforme

Shuttleworth (1993). Propagação pelo método de Muskingun Cunge nos rios.

Utiliza grade regular de células (+ - 10x10 km) Utiliza intervalo de tempo diário ou menor Representa variabilidade interna das células Desenvolvido para grandes bacias (> 104 km2)

Processos representados

Evapotranspiração Interceptação Armazenamento de água no solo Escoamento nas células Escoamento em rios e reservatórios

célula fonte

célula com curso d´água

célula exutório

Dados de entrada Séries de chuva e vazão Séries de temperatura, pressão, insolação,

umidade relativa do ar e velocidade do vento Imagens de sensoriamento remoto Tipos de solo MNT Cartas topográficas Seções transversais de rios

MNT

Bacia discretizada e rede de drenagem

SoloCobertura e uso

+

Blocos

Variabilidade no interior da célula

Cada célula é dividida em blocos

A cobertura, o uso e o tipo de solo são heterogêneos dentro de uma célula

Balanço vertical em cada bloco

PE

P-I

DSUP

DINT

DBAS

Wm

W

Escoamento na célula

PE

E

QSUP

DBAS

DINT

DSUP

QINTQBAS

Trec

ho d

e rio

Variabilidade no interior do bloco

A capacidade de armazenamentodo solo é considerada variável.

O solo pode ser entendido como um grande número de pequenos reservatórios de capacidade variável.

wi

w i = capacidade de armazenamento de cadaum dos reservatórios

BASINTSUPcel QQQQ

INTI

INT VTK

1Q

BASB

BAS VTK

1Q

SUPS

SUP VTK

1Q

Rio Taquari - Antas

Quase 27.000 km2 na foz

•solos argilosos•derrame basáltico•alta declividade•pouca sazonalidade

Bacia Taquari - Antas discretizada

Bloco Uso do solo e cobertura vegetal1 Floresta2 Pastagem3 Agricultura4 Área Urbana5 Água

Não foram considerados os diferentes tipos de solos

269 células5 blocos

Postos fluviométricos

Principal posto: Muçum 15.000 km2

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

jun-73 jul-73 ago-73 set-73 out-73 nov-73 dez-73

Vazã

o (m

3/s)

Calculada

Observada

Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Posto Muçum15.000 km2

0

100

200

300

400

500

600

700

01/jun/72 01/jul/72 31/jul/72 30/ago/72 29/set/72 29/out/72 28/nov/72

Vazã

o (m

3/s)

calculadaobservada

Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Posto Carreiro4.000 km2

Bacia do Rio Uruguai

75.000 km2 até início do trecho internacional

Discretização da bacia do rio Uruguai

681 células8 blocos

Resultados aplicação sem calibração

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

jan-87 fev-87 mar-87 abr-87 mai-87 jun-87 jul-87 ago-87 set-87 out-87 nov-87 dez-87

Vazã

o (m

3/s)

calculadoobservado

Parâmetros “emprestados” da bacia Taquari Antas

Passo Caxambu52.500 km2

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

01/01

/89

01/02

/89

01/03

/89

01/04

/89

01/05

/89

01/06

/89

01/07

/89

01/08

/89

01/09

/89

01/10

/89

01/11

/89

01/12

/89

Vazã

o (m

3/s)

calculadoobservado Passo Caxambu

52.500 km2

Rio Uruguai: Resultados aplicação com calibração

Curva de permanência de vazões

100

1000

10000

100000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tempo de permanência (%)

Vazã

o (m

3/s)

calculadoobservado

Mais detalhes do MGB-IPH?