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PHD 5029 Modelos de Planejamento e Gerenciamento de Recursos Hídricos Conceitos Básicos Mario Thadeu Leme de Barros.

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1 PHD 5029 Modelos de Planejamento e Gerenciamento de Recursos Hídricos Conceitos Básicos Mario Thadeu Leme de Barros

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7 Vantagens do Enfoque Sistemático é organizado enfoca o problema global e as interações entre todas as partes do sistema é interdisciplinar e promove a comunicação entre todas as disciplinas envolvidas no projeto promove soluções criativas e inovadoras fornece a sensibilidade das soluções selecionadas a incertezas envolvidas na análise

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9 Modelos Modelo: representação simplificada do sistema real que se deseja analisar O emprego do modelo se justifica porque: a análise do sistema real é muito mais cara do que a utilização de modelos O custo de cometer erros e/ou realizar experiências com o sistema real é incomparavelmente maior do que o custo de exploração intensiva do modelo modelos são ferramentas de aprendizado uma vez que processos de tentativa e erro podem ser explorados a custos baixos e não só contribuem para a melhor compreensão do sistema, mas também estimulam a concepção de novas idéias e linhas de ação modelos são instrumentos muito eficientes para treinamento quando desenvolvidos ou adaptados especificamente para esta finalidade modelos conferem flexibilidade às análises porque:encurtam o tempo pois permitem que muitos anos sejam analisados em tempos extremamente curtos, diferentes alternativas podem ser analisadas muitas vezes mediante simples alterações de parâmetros

10 Critérios para escolha do modelo Precisão: deve representar a realidade de forma suficientemente próxima para permitir a tomada de decisões com base em seus resultados Simplicidade:o modelos deve possuir um número reduzido de parâmetros e variáveis além de uma estrutura que representa somente a essência do sistema Robustez: deve representar bem a realidade com o menor número possível de parâmetros (critério associado à validação do modelo) Transparência: o usuário pode testar o modelo e fazer experiências diversas (introduzir alterações) Adequação: o modelo deve dispor de formas de iteração com o usuário que sejam claras, simples e inequívocas (depende do tipo, formação, experiência e conhecimento do usuário)

11 Classificação dos Modelos: Memória: é o espaço de tempo, no passado, durante o qual a entrada afeta o estado presente do sistema Linearidade: é linear quando as propriedades de superposição e homogeneidade são satisfeitas Contínuo e Discreto: em relação ao tempo Concentrado e Distribuído: leva em conta ou não a variabilidade espacial Estocástico e Determinístico quando a relação entre a entrada e a saída é estatístico ou não Conceitual e Empírico: as funções levam ou não em consideração os processos físicos

12 Avaliação e equacionamento: definição do problema, objetivos e justificativa Representação do sistema: escolha dos modelos para atender os objetivos Coleta e Análise dos dados e parâmetros Modelos: hidrológicos hidráulicos meio ambiente planejamento Técnicas Matemáticas: métodos numéricos otimização estatística geoprocessamento Ajuste e Verificação Previsão de Cenários Tomada de Decisão Análise Econômica Social e Ambiental Modelo Simulação

13 Modelos Matemáticos Recursos Hídricos e Meio Ambiente

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16 Construção do Modelo

17 Simulação Estrutura Básica Variáveis de Entrada Variáveis de Estado Variáveis de Saída Parâmetros do Modelo Intervalo de Tempo

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20 O Problema Básico Elementos: Função (ou Funções) Objetivo - F(X,Y) Variáveis de Decisão - Vetor X=(x1, x2,....xn) Variáveis de Estado - Vetor Y=(y1, y2,...yn) Equações de Restrição - G(X,Y) Problema: Max ou Min {F(X)} sujeito às equações G(X,Y) Otimização

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27 Agências Americanas envolvidas em Modelos de Recursos Hídricos US Corps of Engineers (USACE) - Hydrologic Engineering Center, Institute for Water Resources e Water Experiment Station; US Geological Survey, Water Resources Division (WES); National Weather Services (NWS); Soil Conservation Service (USDA); US Bureau of Reclamation (USBR); Environmental Protection Agency (EPA) - Center for Exposure Assessment Modeling (CEAM), Center for Subsurface Modeling Support e Exposure Models Library and Integrated Model Evalution System (EML/IMES); International Ground Water Modeling Center (IGWMC); National Technical Information Service (NTIS-USDC); McTrans center for Microcomputers in Transportation.

28 Modelos de Operação de Reservatórios e Sistemas de Recursos Hídricos A operação de sistemas de reservatórios compreende: alocar armazenamento e vazões entre múltiplos usos e usuários; minimizar o risco e as consequências da falta dágua e das enchentes; otimizar o uso da água, da energia e do solo; gerenciar o meio ambiente. Tipos de modelos: simulação, otimização e combinação dos dois.

29 Funções Objetivo empregadas na Otimização de Sistemas de Recursos Hídricos Custos e Benefícios Econômicos Maximizar o abastecimento público e/ou o retorno da geração hidroelétrica; Minimizar o custo operacional de sistema hidrotérmicos; Minimizar as perdas econômicas devido a falta de água; Minimizar o custo de bombeamento em sistemas de distribuição de água; Minimizar as perdas associadas a eventos de enchente; Maximizar o benefício líquido da operação com finalidades múltiplas; Minimizar custos com operação de finalidades múltiplas.

30 Funções Objetivo empregadas na Otimização de Sistemas de Recursos Hídricos Disponibilidade de Água e Confiabilidade Maximizar a vazão firme para determinadas confiabilidades ou confiabilidades para demandas específicas; Minimizar a frequência de falhas e/ou volumes; Minimizar índices de falhas, como por exemplo o desvio quadrado entre uma meta e a vazão derivada; Minimizar a somatória ponderada de índices de perdas; Maximizar a vazão mínima; Maximizar o armazenamento no final do período de otimização; Minimizar vertimentos; Minimizar perdas por evaporação; Minimizar a variação mensal do armazenamento; Maximizar o período de navegação; Minimizar o volume total de água para o mínimo necessário para navegação;

31 Funções Objetivo empregadas na Otimização de Sistemas de Recursos Hídricos Geração Hidroelétrica Maximizar a energia firme; Maximizar a média anual de energia; Minimizar falta de energia ou índices de falta de energia; Maximizar a energia potencial armazenada no sistema; Minimizar o desvio ao quadrado de níveis meta; Minimizar energia vertida; Minimizar o uso de térmicas (custo).

32 Alguns Modelos de Simulação (generalizados) - USACE - Corps of Engineers HEC-3 Reservoir System Analysis for Conservation (substituído pelo HEC-5); HEC-5 Simulation of Flood Control and Conservation Systems - trabalha com diferentes intervalos de tempo; SUPER - Generalized reservoir system simulation model (USACE- Southwestern Division) - trabalha a nível diário; BRASS (USACE - Savannah District) - Basin Runoff ans Streamflow Simulation model; SSARR - Streamflow Synthesis and Reservoir Regulation - (USACE-North Pacific Division); HYSSR (Hydro System Seasonal Regulation, HLDPA (Hourly Load Distribution and Pondage Analysis Program) e HYSYS (Hydropower System Regulation) - USACE North Pacific Division.

33 Alguns Modelos de Simulação (generalizados) - MITSIM - developed by Massachusetts Institute of Technology (MIT) TAMUWRAP - The Water Rights Analysis Package do Texas A&M University IRIS - Interactive River System Simulation from Ford Foundation, UNEP, IIASA and Cornell University, versão nova é o chamado IRAS (Interactive River-Aquifer Systems). Modelos baseados em network flow programming MODSIM - do Colorado State University, baseado (origem) no SIMYLD- II do Texas Water Development HEC-PRM do Hydrologic Eng. Center, trabalh em conjunto com o HEC- DSS (Data Storage System) SIMYLD-II do Texas Water Development Board RESOP-II idem (para um único reservatório) AL-V - Surface Water Resources Allocation Model and SIM-V Multireservoir and Optimization Model - idem Central Resource Allocation Model (CRAM) - For water supply master plan of Boulder, Co. (origem no MODSIM)

34 Alguns Modelos de Simulação (generalizados) - Modelos baseados em network flow programming Water Assignment Simulation Package (WASP) - water supply system of Melbourne, Australia; DWRSIM - California Dept. of Water Resouces (combined operation of the State Water Project and Central Valley (origem HEC-3); Modelos baseados em programação orientada: pacotes flexíveis que combinam interfaces gráficas, banco de dados e modelos de simulação RSS - The River Simulation System Center for Advanced Decision Support for Water and Environmental Systems (CADSWES) - US Bureau of Reclamation (sendo desenvolvido para o TVA) (1994); CALIDAD - Object Oriented River Basin Modeling Framework - US Bureau of Reclamation (1994)


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