Modelagem e Simulação hidrológica Organização Carlos Ruberto Fragoso Júnior

MODELAGEM E SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA Horário: terças 15:20 até 18:00 Local: Sala do Mestrado do PPGRHS Disciplina Eletiva

Objetivo Compreender os processos físicos, químicos e biológicos e sua interação em sistemas hídricos para permitir lançar bases para a simulação e comparação de cenários que, por sua vez, subsidiam tomadas de decisão racionais. Estes modelos são aplicados a diferentes usos dos recursos hídricos

Professor Carlos Ruberto Fragoso Júnior

Programa 1. Introdução à gestão do ambiente e Conceitos Básicos de Modelos 2. Fundamentos da modelagem 3. Otimização de parâmetros 4. Escoamento 5. Modelos Conceituais 6. Tópicos especiais

Programa As aulas serão distribuídas de acordo com a programação apresentada na tabela abaixo, sujeita a alteração de acordo com imprevistos que possam ocorrer durante o semestre. Qualquer alteração será comunicada com antecedência aos alunos. Todo material da disciplina será disponibilizado através da página da disciplina em: www.ctec.ufal.br/professor/crfj

Programa Aula Conteúdo Horas 1 Introdução à gestão do Ambiente e Conceitos 3 2 Fundamentos da modelagem 6 Análise Numérica 9 4 Otimização 12 5 15 Escoamento 18 7 21 8 Prova 1 24 Modelos chuva-vazão 27 10 30 11 Modelos de rios 33 Modelos de reservatórios, lagos e estuários 36 13 Aspectos práticos e modelos para o gerenciamento em SIG 39 14 Prova 2 42 Reposição 45 16 Apresentação dos trabalhos ou prova final

Bibliografia - TUCCI, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Editora da UFRGS ABRH 652p - Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação - Beven, K. 2001 Rainfall-runoff modeling: The primer - Ponce, V. M. Engineering Hydrology: Principles and Practice - McCuen, R. Hydrologic Analysis and design - Anderson & Burt - Hydrological Forecasting - Maidment – Handbook of Hydrology - Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos - Coleção ABRH – Modelos para gerenciamento de recursos Hídricos

Bibliografia Chapra e Canale – Numerical Methods for Engineers Chapra – Surface Water Quality Modeling Wagener, Wheater, Gupta - Rainfall-runoff modelling in gauged and ungauged catchments Physical Hydrology (Dingman) Hydrology: An Introduction - Brutsaert Singh, V.P.; ed. Computer models of watershed hydrology. Highlands Ranch, Colorado, Water Resources Publ., 1995.

Bibliografia Artigos de periódicos diversos Klemes, V. 1986 Operational testing of hydrological simulation models. Hydrological Sciences Journal V. 31 No. 1 pp. 13-24. Nash e Sutcliffe, 1970 (Journal of Hydrology) SINGH, V. P. e WOOHISER, D. A, 2002. Mathematical Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic Engineering V 7 N4 July 2473-292. Artigo do Gupta sobre o coeficiente de Nash-Sutcliffe considerando variabilidade sazonal (Value of Nash values) Perrin, C.; Michel, C.; Andréassian, V. Does a large number of parameters enhance model performance? Comparative assessment of common catchment model structures on 429 catchments. J. Hydrology, 242:275-301, 2001.

Avaliação Os conceitos serão obtidos pela média de duas provas e por um artigo individual opcional. A recuperação será de todo o conteúdo do curso. A prova de recuperação é para alunos que faltarem uma prova por qualquer razão e para alunos que desejarem melhorar o seu conceito. Não haverá recuperação para alunos que faltarem esta última prova por qualquer razão. Avaliação: 2 provas, cada uma com parte teórica e prática, e um trabalho. As provas definem aprovação ou reprovação. O trabalho pode modificar o conceito. O aluno de mestrado que obtiver conceito inferior a “D” estará na final. O aluno da graduação que obtiver média inferior a 7,0 estará na final. O aluno de mestrado precisa pelo menos de um conceito “C” para aprovação

Avaliação Nota Conceito 10 a 9 A 9 a 8 B 8 a 7 C < 7 D

Artigo O artigo é individual é opcional e deverá ser definido pelo aluno e terá peso de 35% no conceito ou média final. O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno e aceito pelo professor. O artigo é individual de responsabilidade do aluno de mestrado do PPGRHS. Os alunos de graduação poderão ser colaboradores dos alunos de mestrado O prazo de entrega é na última aula (apresentação e escrito). Se por acaso, o aluno estiver na final, ele poderá optar em apresentar o artigo como forma de avaliação final da disciplina.

Algumas idéias para trabalhos Calibração IPH-2 com o MOCOM-UA usando ponderadores para ponderar cada uma das simulações Calibração do IPH-2 com o MOCOM-UA usando funções objetivo associadas a faixas de vazões (altas x baixas) ou (altas x médias x baixas). Hidrograma unitário geomorfológico. Metodologia dos franceses para estimar HU e perdas ao mesmo tempo. Comparação Muskingum-Cunge x Hidrodinâmico para diferentes situações de vazão, declividade e comprimento de rio. Idéias dos alunos.

Outras idéias para trabalhos Previsão de precipitação em tempo real e o seu uso na previsão de vazão: métodos, vantagens e desvantagens e tendências; Modelos hidrológicos de previsão em tempo real de vazão: distribuídos concentrados, vantagens e desvantagens O uso de satélites para estimativa da precipitação: como pode complementar a rede pluviométrica e suas falhas? Modelos distribuídos para pequenas bacias rurais para avaliação dos impactos sobre alterações do uso do solo Técnicas de Otimização associadas com a estimativa dos parâmetros de modelos hidrológicos: funções objetivo e funções multi-objetivo associada a modelos distribuídos. Otimização multi-objetivo de diferentes modelos: hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros Integração de SIG com modelos – Como organizar?

Outras idéias para trabalhos Escalas dos processos hidrológicos e sua representação pelos modelos Uso de incertezas em associação com a estimativa dos modelos hidrológicos Modelos de Grandes bacias: estrutura de balanço, incertezas associadas e limitações Otimização e simulação do funcionamento de sistemas de reservatórios: modelos, usos e limitações Decision Support Systems em recursos hídricos: estrutura básica, elementos, principais tipos utilizados. Evaporação e Evapotranspiração: fundamentos, dados, medidas, técnicas de modernas de avaliação. Avaliação do escoamento subterrâneo nos modelos hidrológicos: modelos, estruturas, estimativa de parâmetros e sua relação com as características das bacias. Escoamento em meio não – saturado: formulações utilizadas nos modelos, representação de recargas e fontes. Modelos de operação Usos múltiplos: Energia e inundações – volume de espera Sistemas integrados de previsão e operação de reservatórios.

Outras idéias para trabalhos Estimativa do volume de áreas de inundação na propagação no Pantanal Simulação com Modelo Muskingun-Cunge não-linear para conservação de volume em rios Avaliação da previsão de longo prazo da umidade do solo na bacia do rio Uruguai Avaliação de funções multi-objetivo em associação com modelo distribuído de grandes bacias para extrapolação espacial e temporal Estimativa de precipitação com imagens de satélites numa área com precipitação conhecida: Uso de modelos existentes Uso do Modelo IPHS1 para simulação de um sistema e análise do comportamento hidrológico

Tarefas adicionais Cada aluno escolhe um modelo chuva-vazão para descrever Trazer artigos descrevendo o modelo Cópias para os colegas Sugestões IHACRES SMAP TOPMODEL HYMOD

Experiência uso de modelos IPHS1 for Windows (download na internet) IPH2 versão didática para Windows (Juan Martin Bravo) Exemplos de aplicações Exemplos de problemas de calibração Computadores? Provas práticas podem ser um pouco trabalhosas.

Internet Programa está na Internet http://www.ctec.ufal.br/professor/crfj Entre em pós-graduação e depois em Simulação