SISTEMA DE ANÁLISE E SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA APLICADO A BACIAS HIDROGRÁFICAS Camilo Daleles Rennó Orientador: Dr. João Vianei Soares março/2003

Modelagem processos ambientais tridimensionais dinâmicos comportamentos não lineares componentes estocásticos múltiplas escalas de tempo e espaço

Modelagem Como representar estes processos? >> simplificação <<

Modelagem F2 P3 P1 F1 P4 E1 E2 F3 P2

Modelagem Classificação determinístico ou estocástico baseado em processos ou empírico modelo X Y * contínuo ou discreto t pontual ou distribuído estático ou dinâmico Y=f(X1,X2,...,Xn) Y=f(X1,X2,...,Xn, t)

Ciclo Hidrológico precipitação transpiração evaporação (interceptação) escoamento superficial infiltração zona de aeração ou zona não saturada percolação fluxo ascendente zona saturada lençol freático escoamento sub-superficial rocha de origem

Bacia Hidrográfica unidade hidrológica delimitada pelos divisores de água supõe-se um único ponto de saída (divisores de água superficial = subsuperficial) mas como estudar os processos hidrológicos dentro de uma bacia? Discretização Espacial

Discretização em Sub-bacias 1 Sub1 represa 3 Sub2 2 saída Sub3 Sub4 4 vários níveis de subdivisão da bacia

Discretização em Grade Regular  fácil representação e manipulação  topologia implícita  correspondência com dados matriciais  não consideram linhas de fluxo naturais  problemas com sub e super-amostragem

Discretização em Elementos Irregulares “mais naturais”  estrutura de dados complexa polígonos irregulares topologia

Relações Topológicas

Dinâmica de Água no Solo zona de aeração zona saturada zona de aeração lençol freático área fonte zona saturada qi KS z KS(z) = K0 exp(-fz)

Dinâmica de Água no Solo zona de aeração zona saturada KS(z) = K0 exp(-fz) índice topográfico (similaridade hidrológica) zi  0  saturado zi  0  déficit

Dinâmica de Água no Solo  s r Ks  profundidade do solo lençol freático

Dinâmica de Água no Solo  profundidade do solo lençol freático

Dinâmica de Água no Solo qv Lei de Darcy  qv qv Equação de Richards profundidade do solo lençol freático

Dinâmica de Água no Solo Lei de Darcy  Equação de Richards profundidade do solo lençol freático

SASHI

SASHI

SASHI

SASHI

detecção de pontos de sela SASHI detecção de pontos de sela

SASHI

SASHI ordenação da drenagem 1 2 3 4 Strahler

SASHI

SASHI detecção de bacias ...

SASHI detecção de bacias expansão “morro acima”

SASHI detecção de bacias expansão “morro acima” determinação dos limites entre sub-bacias

SASHI detecção de bacias expansão “morro acima” determinação dos limites entre sub-bacias poligonalização das sub-bacias

SASHI detecção de bacias

SASHI

SASHI análise morfométrica

SASHI

mínimo ângulo perpendicular SASHI linhas de fluxo mínima distância mínimo ângulo perpendicular mínima distância com restrição angular de 30o

SASHI linhas de fluxo

SASHI linhas de fluxo

SASHI

SASHI simplificação das linhas de fluxo l5 l4 b4 l3 l2 b3 l1 ? b2 < limiar ?

SASHI simplificação das linhas de fluxo l1 l2 l3 l4 l5 b1 b2 b3 b4

SASHI simplificação das linhas de fluxo limiar = 0  6233 elementos 50 100 150 200 250 Limiar

SASHI simplificação das linhas de fluxo limiar = 150  1450 elementos

SASHI

definição dos elementos SASHI definição dos elementos poligonalizando os elementos construindo topologia calculando atributos básicos

SASHI definição dos elementos Declividade Orientação

SASHI

SASHI importação solos

SASHI definição dos parâmetros / solos

SASHI compatibilização / solos +5% -5%

SASHI importação vegetação

SASHI definição dos parâmetros / vegetação

SASHI compatibilização / vegetação -15% -23%

SASHI definição dos parâmetros / clima

SASHI

SASHI índice topográfico

SASHI definição do lençol freático Ks(z) = K0 exp(-fz) zi  0  saturado zi  0  déficit

SASHI inicialização da umidade do solo umidade volumétrica q (cm3 cm-3) profundidade relativa z superfície lençol freático seco saturado potencial de água  (m)

SASHI inicialização da umidade do solo potencial de água no solo -30 -20 -10 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 profundidade relativa elemento com profundidade máxima do lençol freático -30 -20 -10 0,0 0,2 0,4 0,6 elemento qualquer

SASHI disponibilidade inicial de água 

SASHI

SASHI modelo hidrológico qd

SASHI modelo hidrológico qd

SASHI dinâmica da água no solo Equação de Richards Lei de Darcy Transformação de Kirchhoff

solução de Newton-Raphson SASHI dinâmica da água no solo solução de Newton-Raphson

SASHI modelo BW Variável Função * umidade volumétrica de saturação umidade volumétrica residual conditividade hidráulica (saturado) índice de capilaridade índice de estrutura do solo

SASHI simulação hidrológica água disponível

SASHI simulação hidrológica 2 simulações foram testadas: IAF = 1 água disponível 2 simulações foram testadas: IAF = 1 IAF = 4

SASHI simulação hidrológica IAF = 1 IAF = 4

SASHI simulação hidrológica água disponível IAF = 1 IAF = 4

SASHI simulação hidrológica IAF = 1 IAF = 4

SASHI simulação hidrológica