Post on 18-Apr-2015
MODELOS CHUVA-VAZÃO
Benedito C. Silva
Modelos Precipitação-Vazão Características dos modelos
Discretização das bacias : concentrado; distribuído por
bacia; distribuído por célula
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
Quanto à extensão temporal 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 dos modelos
Estrutura básica módulo bacia módulo rio, reservatório
Módulo baciaGeração de escoamento
Módulo rioPropagação de escoamento
bacia
rio
reservatório
IPHS1 windows®
Modelo IPHS1
Modelo IPHS1
Estrutura é baseada na operação hidrológica
Sub-bacia
trecho de rio
reservatório
seção de leitura
divisão
Modelo IPHS1 - Sub-bacia
• Entrada: Precipitação (t) entrada dos postos de precipitação independente das sub-bacias. Ponderação de acordo com a influência de cada posto.
A precipitação pode ser
histórica ou de projeto
para ser reordenada.
B1
B2B3
B4B5
Postos pluviométricos
Modelo IPHS1 - Sub-bacia Opções de modelos de separação de
escoamento: SCS, Horton modificado (IPH2), HEC1,
opções de propagação : Clark, HEC1, HU, Hymo (Nash), SCS.
Opção de água subterrânea : reservatório linear simples.
Algumas ferramentas
Barra de Menus
Barra de Ferramentas Principal
Caixa de Títulos, Descrições e Comentários
Barra de Ferramentas Hidrográficas
Barra de Avisos
Área de Projetos
Aprendendo a utilizar o modelo IPHS1
IPHS1 windows®
Aprendendo a utilizar o IPHS1
IPHS1 windows®
Barra de Menus
Barra de Ferramentas Principal Caixa de
Títulos
Barra de Ferramentas
Hidrológicas
Barra de Avisos
Área de projeto
IPHS1
Solução Criar novo projeto Definir intervalo de tempo
vamos usar 0,5 hora, porque os dados estão em 0,5 hora e o HU fica bem definido
Número de intervalos de tempo com chuva
o enunciado dá 5 intervalos com chuva Número total de intervalos de tempo
vamos adotar 20 para ter folga e descrever bem o hidrograma resultante
Definir topologia e objetos
Características da bacia
Separação de escoamento método SCS com CN = 80
Propagação na bacia com HU dado
A área e o tempo de concentração não seriam necessários para os cálculos
mas o programa exige estes dados (embora não os utilize)
Cuidado para dividir ordenadas do HU por 10!
Resultado
MODELO HIDROLÓGICO DE GRANDES BACIAS – MGB-IPH
Apresentação
Modelo desenvolvido durante doutorado Walter Collischonn sob orientação do prof. Carlos Tucci (IPH UFRGS)
Aplicado em várias bacias no Brasil Adequado para:
Avaliação de disponibilidade hídrica em locais com poucos dados Previsão hidrológica Avaliação de efeitos de atividades antrópicas em grandes bacias
Grandes bacias x pequenas bacias
Situação normal: Em grandes bacias existem longas séries
de medições de vazão. Em pequenas bacias as séries de medição
de vazão são mais curtas (quando existem). Muitas vezes a solução é usar um modelo hidrológico para estender a série.
Grandes bacias x pequenas bacias
Em pequenas bacias é possível usar modelos concentrados.
Em grandes bacias a variabilidade é maior. Modelos concentrados são menos adequados.
Mesmo assim os modelos distribuídos mais famosos são os de pequenas bacias.
Modelos distribuídos de pequenas bacias
Referências mais freqüentes: SHE e Topmodel
Desenvolvidos na esperança de que as medições pontuais de uma série de variáveis na bacia poderia evitar a calibração de parâmetros
Exigem grande quantidade de dados
Problemas de hidrologia de grandes bacias
variabilidade plurianual mudanças de uso do solo previsão em tempo real Mudanças climáticas
Quais são os processos que contribuem para a variabilidade plurianual da vazão de uma bacia?
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Dez/62 Dez/64 Dez/66 Dez/68 Dez/70 Dez/72 Dez/74 Dez/76 Dez/78 Dez/80 Dez/82
Va
zão
mé
dia
me
ns
al (
m3
/s)
Rio Paraguai em Porto Esperança, MS - (360.000 km2)
Como é possível aproveitar as previsões meteorológicas no manejo de recursos hídricos?
Previsão do modelo regional do CPTEC - INPE
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
1970 1975 1980 1985 1990 1994
Ano
Áre
a oc
upad
a (1
000
ha)
bovinos
soja
Quais são as conseqüências das mudanças de uso do solo em larga escala?
0
500
1000
1500
2000
2500
jul-69 jul-71 jul-73 jul-75 jul-77 jul-79 jul-81 jul-83
Vaz
ão (
m3/
s)
Rio Taquari, MS.
Modelo hidrológico de grandes bacias desenvolvido
Baseado no modelo LARSIM, com algumas adaptações do modelo VIC-2L.
Balanço de água no solo simplificado Evapotranspiração por Penman - Monteith, conforme
Shuttleworth (1993). Propagação pelo método de Muskingun Cunge nos rios.
Utiliza grade regular de células (+ - 10x10 km) Utiliza intervalo de tempo diário ou menor Representa variabilidade interna das células Desenvolvido para grandes bacias (> 104 km2)
Processos representados
Evapotranspiração (Penman-Monteith) Interceptação Armazenamento de água no solo Escoamento nas células Escoamento em rios e reservatórios
célula fonte
célula com curso d´água
célula exutório
Dados de entrada
Séries de chuva e vazão Séries de temperatura, pressão,
insolação, umidade relativa do ar e velocidade do vento
Imagens de sensoriamento remoto Tipos de solo MNT Cartas topográficas Seções transversais de rios
MNT
Bacia discretizada e rede de drenagem
SoloCobertura e uso
+
Blocos
Variabilidade no interior da célula
Cada célula é dividida em blocos
A cobertura, o uso e o tipo de solo são heterogêneos dentro de uma célula
Versão em mini-bacias
7:36
Balanço de água no solo
PE
P-I
DSUP
DINT
DBAS
Wm
W
PrecipitaçãoEvapotranspiração
Precipitação - interceptação
Escoamento superficial
Escoamento sub-superficial
Escoamento subterrâneo
Água no solo
Máximo conteúdo de água
Capacidade de Infiltração Variável
wi
w i = capacidade de armazenamento de cadaum dos reservatórios
b
mw
wx
11
1bb
mW
W11x
w - individualW - average
A capacidade de armazenamentodo solo é considerada variável.
O solo pode ser entendido como um grande número de pequenos reservatórios de capacidade variável.
Surface flow and soil outflow
bm
bBASBAS W-W
W-WK D
W-W
W-WK D
XL23
ZM
ZINTINT
DINT
Wm
W
Wz
1b
m
1b
1
mmmsup 1bW
P
W
W1WWWPD
Escoamento superficial
Escoamento sub-superficial
Escoamento subterrâneo
BASINTSUPcel QQQQ
INTI
INT VTK
1Q
BASB
BAS VTK
1Q
SUPS
SUP VTK
1Q
Trec
ho d
e ri
o
Propagação na rede de drenagem Muskingum – Cunge Modelo hidrodinâmico se necessário
(Pantanal e Amazonas)
Rio Taquari - Antas
Quase 27.000 km2 na foz
• solos argilosos• derrame basáltico• alta declividade• pouca sazonalidade
Bacia Taquari - Antas discretizada
Bloco Uso do solo e cobertura vegetal1 Floresta2 Pastagem3 Agricultura4 Área Urbana5 Água
Não foram considerados os diferentes tipos de solos
269 células
5 blocos
Postos fluviométricos
Principal posto: Muçum 15.000 km2
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
jun-73 jul-73 ago-73 set-73 out-73 nov-73 dez-73
Va
zão
(m
3/s
)
Calculada
Observada
Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)
Posto Muçum15.000 km2
0
100
200
300
400
500
600
700
01/jun/72 01/jul/72 31/jul/72 30/ago/72 29/set/72 29/out/72 28/nov/72
Vazã
o (m
3/s)
calculada
observada
Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)
Posto Carreiro4.000 km2
Bacia do Rio Uruguai
75.000 km2 até início do trecho internacional
Discretização da bacia do rio Uruguai
681 células
8 blocos
Resultados aplicação sem calibração
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
jan-87 fev-87 mar-87 abr-87 mai-87 jun-87 jul-87 ago-87 set-87 out-87 nov-87 dez-87
Va
zão
(m
3/s
)
calculadoobservado
Parâmetros “emprestados” da bacia Taquari Antas
Passo Caxambu52.500 km2
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
01/0
1/89
01/0
2/89
01/0
3/89
01/0
4/89
01/0
5/89
01/0
6/89
01/0
7/89
01/0
8/89
01/0
9/89
01/1
0/89
01/11
/89
01/1
2/89
Va
zão
(m
3/s
)
calculado
observado Passo Caxambu52.500 km2
Rio Uruguai: Resultados aplicação com calibração
Curva de permanência de vazões
100
1000
10000
100000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tempo de permanência (%)
Vaz
ão (
m3/
s)
calculado
observado
Bacia do rio São Francisco
Área total: 640.000 km2
Número de usinas: 10 8 no Rio São Francisco 2 em afluentes
Três Marias
Sobradinho
São Francisco
Resolução: 0,1º(10x10km)
Resolução: 0,2º(20x20km)
Discretização da bacia – Células Regulares - 10x10 km e 20x20 km
UHE Três Marias (Ad = 50.784 km2)
NS = 0,899; Nslog = 0,824; ΔV = 9,3
UHE Sobradinho (Ad = 503.937 km2)
NS = 0,966; Nslog = 0,943; ΔV = 6,048
Bacia do Rio Paraná (A>800.000km2)
Furnas (rio Grande)
Água Vermelha (rio Grande)
Rosana (rio Paranapanema)
Itaipu (rio Paraná)
Bacias da Amazonia
Resultados Jirau (rio Madeira)
Resultados Santo Antônio (rio Madeira)
Belo Monte (Rio Xingu)