Modelagem e simulação hidrológica Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves www.ctec.ufal.br/professor/mgn

Objetivo Horário: terças e quintas 13:00 até 16:00 Local: Sala do Mestrado do PPGRHS Disciplina Eletiva Objetivo Compreender os processos e sua interação em sistemas hídricos, lançando as bases para a simulação e comparação de cenários que, por sua vez, subsidiam tomadas de decisão racionais

Programa 0. Introdução à disciplina Fundamentos da modelagem Análise numérica 3. Otimização de parâmetros 4. Escoamento: introdução, modelos de rios e reservatórios 5. Escoamento: modelos chuva-vazão As aulas e demais atividades  distribuídas ao longo do bimestre, totalizando 45 horas. Pode haver alteração ao longo do processo (com aviso prévio) Material disponibilizado em: www.ctec.ufal.br/professor/mgn

Cronograma 2015.2

Bibliografia LIVROS Tucci, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Ed. UFRGS ABRH 652p - FRAGOSO JR, C. R. ; FERREIRA, T. F. ; MOTTA MARQUES, D. M. L. . Modelagem Ecológica em Ecossistemas Aquáticos. 1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. v. 1. 304p. - Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação - Maidment – Handbook of Hydrology - Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos - Cunha, C. Métodos Numéricos - para as Engenharias e Ciências Aplicadas. Campinas, SP: Editora da Unicamp. - 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 Coleção ABRH – Modelos para gerenciamento de rec. híd.

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

Bibliografia ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS 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 por meio de: Provas de conceitos individuais  20% um trabalho em forma de artigo individual  peso 80% Recuperação  todo o conteúdo do curso  prova  é para alunos que faltarem uma prova por qualquer razão e para quem desejar melhorar o conceito. Não haverá recuperação para alunos que deixarem de fazer o trabalho em forma de artigo

Avaliação O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno e aceito pelo professor (vejam depois sugestões nos próximos slides ou converse com alunos de turmas passadas para complementar seus trabalhos Provas de conceitos Sorteado no momento da prova um tema para a 1ª metade da aula  dissertação  nota PC_1 2ª metade da prova  dissertação sobre outro tema escolhido, com exceção daquele sorteado  nota PC_2 Nota da PC = 0,4 . PC_1 + 0,6 . PC_2 Nota Conceito 10 a 9 A 9 a 8 B 8 a 7 C < 7 D

Algumas idéias para trabalhos No Área Tema Direcionamento 1 Hidrologia Urbana Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e aplicação de um modelo conhecido Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado e simulando com um modelo conhecido, como o SWMM 2 Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e desenvolvimento (ou aprimoramento) de um algoritmo Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado, montando ou aprimorando um algoritmo e simulando 3 Hidrologia É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos concentrados Tomar um algoritmo de algum modelo concentrado como o IPH II ou o IPH-MEN ou outro, calibrar separadamente para mínimas, médias e máximas, verificar a possibilidade de haver uma função ou um algoritmo que faça o modelo entender que o parâmetro muda conforme algum critério que vise à sazonalidade e simular para um período de validação esta modificação. Se existir uma versão do modelo escolhido com interface, esta versão pode ser utilizada na fase de calibração. 4 É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos distribuídos Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH

Algumas idéias para trabalhos No Área Tema Direcionamento 5 Hidrologia Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? Tomar uma bacia, calibrar e verificar um modelo concentrado e um distribuído e com um posto fluviométrico. Deve haver nesta bacia postos pluviométricos com dados diários e com dados horários de precipitação, provenientes de estações automáticas. Supõe-se que melhore, sobretudo em bacias de cabeceira. 6 Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos concentrados Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo concentrado. Neste caso, pode-se tomar mais de uma bacia, uma com posto fluviométrico próximo à cabeceira e outra mais distante da cabeceira 7 Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos distribuídos Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH

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. Escalas dos processos hidrológicos e sua representação pelos modelos

Outras idéias para trabalhos O uso de satélites para estimativa da precipitação: como pode complementar a rede pluviométrica e suas falhas? 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 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.

Outras idéias para trabalhos Otimização multi-objetivo de diferentes modelos: hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros Integração de SIG com modelos – Como organizar? 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.

Outras idéias para trabalhos 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. Estimativa do volume de áreas de inundação na propagação no Pantanal

Outras idéias para trabalhos 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