Modelos Hidrológicos EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada Prof. Benedito C. Silva

Modelos hidrológicos - Introdução Podem ser divididos em: Simples Apenas chuva e vazão Complexos Chuva, infiltração, interceptação, água no solo, percolação, escoamento superficial, escoamento sub- superficial, escoamento em rios, evapotranspiração

Exemplo de modelos hidrológico simples O método racional Qp = vazão de pico (m3/s) C = coeficiente de escoamento do método racional (não confundir) i = intensidade da chuva (mm/hora) A = área da bacia (km2) Apenas vazão máxima; não calcula volume nem forma do hidrograma - Aplicado para pequenas bacias Eventos simples Avaliações preliminares

Modelos hidrológicos mais complexos Principal objetivo original: Estender séries de vazão no tempo e no espaço usando dados de precipitação.

Novos objetivos chuva-vazão Mudanças de clima Mudanças de vegetação Mudanças de uso do solo Base para modelos de qualidade de água com fontes pontuais e difusas Base para modelos de transporte de sedimentos Estimativas de hidrogramas de projeto Acoplamento com modelos atmosféricos Previsão de vazão em tempo real com base na chuva observada e prevista Auxiliar entendimento dos processos: testar hipóteses

Classificação de modelos Quanto à descrição do processo Quanto à discretização espacial Quanto à extensão temporal

Tipos de modelos quanto à descrição dos processos Data driven (baseados em dados) O que interessa é a entrada e a saída. Podem ser modelos black-box ou modelos conceituais simples, concentrados. Process driven (baseados em processos) Descrevem os processos intermediários com detalhe. Intermediários Aprofundam a descrição de alguns processos mas são relativamente simplificados em outros.

Modelos detalhados – Process driven O exemplo mais clássico de um modelo hidrológico realmente detalhado é o modelo SHE (Sistema Hidrológico Europeu). Proposta do modelo SHE Um modelo hidrológico que utiliza todo o conhecimento teórico disponível, de forma mais completa possível.

Proposta do modelo SHE Escoamento superficial: Equação de difusão em duas dimensões sobre o terreno Escoamento em canais: Equações de Saint-Venant completas Escoamento subterrâneo: Equação de Darcy e de continuidade resolvida em duas dimensões Escoamento sub-superficial: Equação de escoamento em meio poroso não saturado em uma dimensão (vertical) para cada grid-cell Infiltração: método hortoniano Evapotranspiração: Equação de Penman-Monteith

Decepção com modelo SHE Apesar de toda a complexidade, resultados não são necessariamente melhores. Exige uma quantidade de dados que nem sempre está disponível. Dependendo da escala em que os dados são obtidos e da escala em que o modelo é aplicado pode ser necessária a calibração dos parâmetros: valores efetivos dos parâmetros diferentes dos valores medidos no campo.

Modelos baseados em dados (data driven) Modelos black-box (caixa preta) Modelos de redes neurais. Modelos função de transferência simples.

Modelos intermediários ou conceituais Usam a equação da continuidade, associada a uma ou mais equações empíricas. Quase todos os modelos hidrológicos mais conhecidos se encaixam nesta categoria: IPH2 Topmodel Stanford SMAP IPHS1 SWMM HEC-HMS

Classificação quanto à discretização espacial da bacia Concentrado Distribuído por sub-bacias Distribuído por módulos

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

Modelos semi-distribuídos Modelos concentrados aplicados em sub-bacias unidas por uma rede de drenagem são, às vezes, denominados modelos semi-distribuídos.

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

Dados de entrada de modelos hidrológicos Dados fisiográficos da bacia (área, comprimento, declividade, ...) Precipitação Vazão (sempre que o modelo tenha que ser calibrado) Evapotranspiração evaporação de tanque variáveis meteorológicas temperatura umidade relativa radiação solar pressão atmosférica velocidade do vento

Quanto à extensão temporal da simulação 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 básica dos modelos hidrológicos Módulo bacia Geração de escoamento na bacia Propagação do escoamento interno à bacia Módulo rio Propagação de escoamento na rede de drenagem rio bacia reservatório

Processos do ciclo hidrológico representados em modelos evap chuva Interceptação Depressões Infiltração Escoamento superficial Armazenamento no solo Escoamento Sub-superficial Percolação Vazão no rio Armazenamento no subsolo

Modelos que serão estudados nesta disciplina HEC-HMS Modelo de transformação chuva-vazão (módulos bacia e rio), distribuído por sub-bacias, para simulação de eventos HEC-RAS Modelo de propagação do escoamento (apenas módulo rio) 7:36