Modelos Chuva-Vazão Benedito C. Silva

Modelos Precipitação-Vazão Características dos modelos Discretização das bacias : concentrado; distribuído por bacia; distribuído por célula

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 dos modelos Estrutura básica módulo bacia módulo rio, reservatório Módulo bacia Geração de escoamento Módulo rio Propagação de escoamento rio bacia reservatório

Modelo IPHS1 IPHS1 windows® 6

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 ser histórica ou de projeto para ser reordenada. B1 Postos pluviométricos B2 B3 B4 B5

Modelo IPHS1 - Sub-bacia 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.

Aprendendo a utilizar o modelo IPHS1 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 10

IPHS1 windows® 11

IPHS1 Aprendendo a utilizar o IPHS1 Área de projeto Barra de Ferramentas Principal Caixa de Títulos Barra de Menus Área de projeto Barra de Ferramentas Hidrológicas IPHS1 windows® Barra de Avisos 12

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

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 Mudanças climáticas

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

Quais são as conseqüências das mudanças de uso do solo em larga escala? 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 (Penman-Monteith) 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

Cobertura e uso Blocos Solo +

Variabilidade no interior da célula A cobertura, o uso e o tipo de solo são heterogêneos dentro de uma célula Cada célula é dividida em blocos

Versão em mini-bacias 7:36

Balanço de água no solo Precipitação Evapotranspiração Precipitação - interceptação Escoamento superficial Máximo conteúdo de água Escoamento sub-superficial Água no solo Escoamento subterrâneo

Capacidade de Infiltração Variável A capacidade de armazenamento do solo é considerada variável. O solo pode ser entendido como um grande número de pequenos reservatórios de capacidade variável. w i = capacidade de armazenamento de cada um dos reservatórios w - individual W - average

Surface flow and soil outflow Escoamento superficial Escoamento sub-superficial Escoamento subterrâneo

Trecho de rio

Propagação na rede de drenagem Muskingum – Cunge Modelo hidrodinâmico se necessário (Pantanal e Amazonas)

Rio Taquari - Antas solos argilosos derrame basáltico alta declividade pouca sazonalidade Quase 27.000 km2 na foz

Bacia Taquari - Antas discretizada 269 células 5 blocos Não foram considerados os diferentes tipos de solos

Postos fluviométricos Principal posto: Muçum  15.000 km2

Posto Muçum 15.000 km2 Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Posto Carreiro 4.000 km2 Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Bacia do Rio Uruguai 75.000 km2 até início do trecho internacional

Discretização da bacia do rio Uruguai 681 células 8 blocos

Resultados aplicação sem calibração Passo Caxambu 52.500 km2 Parâmetros “emprestados” da bacia Taquari Antas

Rio Uruguai: Resultados aplicação com calibração Passo Caxambu 52.500 km2

Curva de permanência de vazões

Bacia do rio São Francisco Área total: 640.000 km2 Número de usinas: 10 8 no Rio São Francisco 2 em afluentes

Discretização da bacia – Células Regulares - 10x10 km e 20x20 km Sobradinho Resolução: 0,2º (20x20km) São Francisco Resolução: 0,1º (10x10km) Três Marias

UHE Três Marias (Ad = 50.784 km2) NS = 0,899; Nslog = 0,824; ΔV = 9,3

UHE Sobradinho (Ad = 503.937 km2) NS = 0,966; Nslog = 0,943; ΔV = 6,048

Bacia do Rio Paraná (A>800.000km2)

Furnas (rio Grande)

Água Vermelha (rio Grande)

Rosana (rio Paranapanema)

Itaipu (rio Paraná)

Bacias da Amazonia

Resultados Jirau (rio Madeira)

Resultados Santo Antônio (rio Madeira)

Belo Monte (Rio Xingu)