Modelos Hidrológicos

Modelos Hidrológicos Por que modelos hidrológicos? O modelo é a representação de algum objeto ou sistema, numa linguagem ou forma de fácil acesso e uso, com o objetivo de entendê-lo e buscar suas respostas para diferentes entradas. O modelo deve ser visto como uma ferramenta não um objetivo Se é possível medir as variáveis hidrológicas por que necessito do modelo? Se eu disponho de um modelo por que necessito medir a vazão de um rio ou outras variáveis hidrológicas? Tucci, 2003

Modelos Hidrológicos As limitações básicas dos modelos hidrológicos são a quantidade e a qualidade dos dados hidrológicos, além da dificuldade de formular matematicamente alguns processos e a simplificação do comportamento espacial de variáveis e fenômenos. Nenhuma metodologia cria informações apenas explora melhor os dados existentes Tucci, 2003

Sistema, modelo e simulação Sistema é qualquer estrutura, esquema ou procedimento, real ou abstrato, que num dado tempo de referência interrelaciona-se com uma entrada, causa ou estímulo de energia ou informação, e uma saída, efeito ou resposta de energia ou informação. SISTEMA Saída ENTRADA Exemplos: Bacia hidrográfica, trecho de rio, aqüífero Tucci, 2003

Modelos Modelo é uma representação do comportamento do sistema tipos de modelos: físicos, analógicos e matemáticos Os modelos analógicos valem-se da analogia das equações que regem diferentes fenômenos, para modelar no sistema mais conveniente, o processo desejado; Os modelos matemáticos: são os que representam a natureza do sistema, através de equações matemáticas, O modelo físico representa o sistema por um protótipo em escala menor, na maior parte dos casos Tucci, 2003

Definições Fenômeno é um processo físico, que produz alteração de estado no sistema. Por exemplo, precipitação, evaporação e infiltração são fenômenos; Variável é um valor que descreve quantitativamente um fenômeno, variando no espaço e no tempo. Por exemplo, vazão é uma variável que descreve o estado do escoamento; Parâmetro é um valor que caracteriza o sistema, o parâmetro também pode variar com o espaço e o tempo. Exemplos de parâmetros são: rugosidade de uma seção de um rio, área de uma bacia hidrográfica e áreas impermeáveis de um bacia. Tucci, 2003

Concentrado e distribuído um modelo é concentrado ("lumped") quando não leva em conta a variabilidade espacial. A precipitação média de uma bacia é um exemplo da integração espacial da variável de entrada. Em geral, os modelos concentrados utilizam somente o tempo como variável independente. distribuído (distributed) quando as variáveis e parâmetros do modelo dependem do espaço e/ou do tempo. Em termos matemáticos, a equação diferencial ordinária possui uma variável independente, neste caso, o tempo, e representa um modelo concentrado Tucci, 2003

Estocástico e determinístico Se a chance de ocorrência das variáveis é levada em conta, e o conceito de probabilidade é introduzido na formulação do modelo, o processo e o modelo são ditos Estocásticos. Se a chance de ocorrência das variáveis envolvidas no processo é ignorada, e o modelo segue uma lei definida que não a lei das probabilidades, o modelo e os processos são ditos Determinísticos. Quando uma variável de entrada de um sistema é aleatória, a variável de saída também será aleatória, no entanto o sistema pode ter comportamento determinístico ou representado por um modelo determinístico. Exemplo, a vazão de entrada e saída de um reservatório são variáveis aleatórias, mas a determinação da vazão de saída com base na de entrada e nas características do reservatório é um processo determinístico bem conhecido. Tucci, 2003

Conceitual e Empírico conceitual, quando as funções utilizadas na sua elaboração levam em consideração os processos físicos. Esta definição é estabelecida para diferenciar os modelos que consideram os processos físicos, dos modelos ditos "caixa-preta". Os modelos do tipo "caixa-preta" ou empíricos são aqueles em que se ajustam os valores calculados aos dados observados, através de funções que não têm nenhuma relação com os processos físicos envolvidos. Tucci, 2003

Modelos de Gerenciamento Modelos de comportamento: são modelos utilizados para descrever o comportamento de um sistema. O modelo é utilizado para prognosticar a resposta de um sistema sujeito a diferentes entradas ou devido a modificações nas suas características. Modelos de otimização: estão preocupados com as melhores soluções, a nível de projeto, de um sistema específico. Modelos de planejamento: simulam condições globais de um sistema maior. Tucci, 2003

Tucci, 2003

Evolução do modelos hidrológicos Início com o computador e década de 50 os modelos distribuídos na década de 70-80 a evolução com o GIS e a integração espacial com a modelagem física; limitação da escala a relação dos modelos hidrológicos e meteorológicos. Tucci, 2003

Escala dos processos na bacia Tucci, 2003

Usos dos modelos hidrológicos Tipos de usos Extensão de séries hidrológicas; planejamento e projeto de sistemas hídricos previsão tempo real avaliação do impacto das modificações dos sistemas hídricos. Tucci, 2003

Áreas de aplicação Usos dos recursos hídricos: abastecimento de água, energia, irrigação, navegação,etc impactos sobre a população: controle de inundações impactos no meio ambiente: desmatamento, qualidade da água, etc. Tucci, 2003

Modelos Precipitação-Vazão Características dos modelos Discretização das bacias : concentrado, distribuído por bacia distribuído por célula Tucci, 2003

Tucci, 2003

Aquisição da informação Tucci, 2003

Cobertura vegetal e uso do solo EXEMPLO: RIO URUGUAI: 76.000KM2 Cobertura vegetal e uso do solo Imagem NOAA http://edcdaac.usgs.gov/glcc/sadoc2_0.html#lamb Tucci, 2003

Grade de 0,1 graus Altitude (m) Tucci, 2003

Rede de drenagem Tucci, 2003

Passo Caxambu 52.500 km2 Tucci, 2003

Ajuste para bacias urbanas brasileiras Bela Vista POA Tucci, 2003

Ajuste para bacias urbanas brasileiras Tucci, 2003 Joinville- SC

Ajuste para bacias urbanas brasileiras Tucci, 2003 Curitiba - PR

Ajuste para bacias urbanas brasileiras Tucci, 2003 São Paulo