Modelos Hidrológicos EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada

Apresentação em tema: "Modelos Hidrológicos EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada"— Transcrição da apresentação:

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

2 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

3 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

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

5 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

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

7 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.

8 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.

9 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

10 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.

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

12 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

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

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

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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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