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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL
CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO
SWAT PARA A PREDIÇÃO DE VAZÕES
NA BACIA DO RIBEIRÃO PIPIRIPAU
LEANDRO DE ALMEIDA SALLES
ORIENTADOR: PROF. DR. HENRIQUE MARINHO LEITE CHAVES
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
BRASÍLIA-DF, FEVEREIRO/2012.
OBJETIVO GERAL
• Calibrar e validar o modelo SWAT com dados hidrológicos e fisiográficos locais da bacia do ribeirão Pipiripau, visando sua aplicação na predição das vazões e do balanço hídrico da bacia.
MODELO HIDROLÓGICO SWAT
• Soil and Water Assesment Tool - SWAT
• Modelo CHUVA-VAZÃO
• Desenvolvido pelo Agricultural Research Service (ARS/USDA) dos Estados Unidos
MODELO HIDROLÓGICO SWAT
• Simula os fenômenos físicos do ciclo hidrológico associados ao uso do solo
• Independente do tipo de estudo, o funcionamento do SWAT será sempre função do balanço hídrico
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
d) Dados meteorológicos
Dados da estação meteorológica convencional de Brasília (código 83377)
• Temperatura máxima e mínima
• Velocidade do vento
• Umidade relativa.
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
Simulação do Modelo SWAT
•Foi estabelecido para calibração/análise de sensibilidade o período entre 01/01/1989 e 31/12/1998
•Foi estabelecido o período entre 01/01/1999 a 31/12/2008 para ser feita a validação
Li et al. (2010)
Classificação dos resultados da simulação de acordo com Moriasi et al. (2007)
Classificação RSR Ens COEA PBIAS (%)
Muito bom 0 ≤ RSR ≤ 0,50 0,75 < Ens ≤ 1 0,75 < COEA ≤ 1 PBIAS < ± 10
Bom 0,50 ≤ RSR ≤ 0,60 0,65 < Ens ≤ 0,75 0,65 < COEA≤ 0,75 ±10 ≤ PBIAS ≤ ±15
Satisfatório 0,60 ≤ RSR ≤ 0,70 0,50 < Ens ≤ 0,60 0,50 < COEA ≤ 0,60 ±15 ≤ PBIAS ≤ ±25
Insatisfatório RSR ≥ 0,50 Ens ≤ 0,50 COEA ≤ 0,50 PBIAS ≥ ±25
Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
1) Simulação antes da calibração do modelo
•Avaliação visual
0
5
10
15
20
25
30
1 20 39 58 77 96 115
Tempo (meses)
Vazão
(m
³/s)
Qcal
Qobs
1) Simulação antes da calibração do modelo
•Avaliação da Qualidade da simulação indica ser necessário a calibração do modelo
Simulação/ Estatística
Antes da calibração
Resultado Classificação*
Ens -9,05 Não satisfatório
COEA -13,37 Não satisfatório
PBIAS (%) -115,40 Não satisfatório
RSR 3,17 Não satisfatório
*Moriasi et al. (2007)
Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
• 27 Parâmetros
• 1.400 Simulações
• 5% de alteração em cada ponto amostrado
Um parâmetro por vez
2) Análise de sensibilidade
•Ranking de importância para simulção da vazão da bacia do ribeirão do Pipiripau Nos três critérios adotados para avaliar a sensibilidade.
2) Análise de sensibilidade
0
5
10
15
20
25
30
Cn2
Ch_K2
Surlag
Alpha_Bf
Esco
Rch
rg_D
p
Ch_N
2
Sol_Aw
c
Gwqm
n
Gw_D
elay
Gw_R
evap
Sol_Z
Reva
pmn
Canm
xBla
i
Slope
Sol_KEpco
Slsubbsn
Sol_Alb
Biom
ix
Sftmp
Smfm
n
Smfm
x
Smtm
p
Timp
Tlaps
Parâmetro
Ra
nk
ing SSQ
SSQR
Qsim
Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Calibração do modelo
•Curva de Permanência
0
5
10
15
20
25
30
0.83 25.00 49.17 73.33 97.50
Permanência (%)
Va
zã
o (
m³/s
)
Qobs
Qcal
Primeira Simulação
(1989 a 1998)
Calibração do modelo
y = 0.733x + 0.9391
R2 = 0.6819
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12
Qobs (m³/s)
Qc
al
(m
³/s
) Reta 1:1
Reta de
tendência
(1989 a 1998)
Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Validação do modelo
•Curva de Permanência
0
3
6
9
0.00 25.00 50.00 75.00 100.00
Permanência (%)
Vazão
(m
³/s)
Qobs
Qcal
(1999 a 2008)
Validação do modelo
y = 0.8775x + 0.7224
R2 = 0.8825
0
2
4
6
8
10
0 2 4 6 8 10
Qobs (m³/s)
Qc
al
(m³/
s) Reta 1:1
Reta de
tendência
(1999 a 2008)
Validação do modelo
*Moriasi et al. (2007)
Simulação/Estatística
Antes da calibração Após calibração Validação
Ens -9,05 NS 0,67 Bom 0,79 Muito bom
COEA -13,37 NS 0,52 Satisfatório 0,65 Bom
PBIAS (%) -115,40 NS -6,70 Muito bom -21,49 Satisfatório
RSR 3,17 NS 0,58 Bom 0,46 Muito bom
•Estatística de verificação
(1999 a 2008)
Simulação do Modelo SWAT 1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Análise dos resíduos
•Resíduo normalizado em relação a vazão observada do respectivo mês.
Período de Calibração (1999-2008) Período de Validação (1999-2008)
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
0 2 4 6 8 10 12
Qobs (m³/s)
Resíd
uo
lo
cal
-3
-2
-1
0
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Qobs (m³/s)
Resíd
uo
lo
cal
CONCLUSÕES
• Os resultados indicam que o modelo SWAT simulou, de forma satisfatória, as vazões mensais do ribeirão Pipiripau
– Após um período de calibração.
– Os 4 indicadores da qualidade da simulação
resultados variando de satisfatório a muito bom.
CONCLUSÕES
• Maiores resíduos foram observados nas vazões de base função objetivo utilizada
• O modelo tendeu a superestimar as vazões.