Transcript Modelos Chuva

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
rio
Módulo bacia
Geração de escoamento
bacia
reservatório
Módulo rio
Propagação de escoamento
Modelo IPHS1
IPHS1
windows®
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
B1
Postos
pluviométricos
para ser reordenada.
B2
B3
B4
B5
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.
Aprendendo a utilizar o modelo
Algumas ferramentas
IPHS1
Barra de Menus
Barra de Ferramentas Principal
Caixa de Títulos, Descrições e Comentários
Barra de Ferramentas Hidrográficas
Barra de Avisos
Área de Projetos
IPHS1
windows®
Aprendendo a utilizar o IPHS1
Barra de Ferramentas
Principal
Caixa de
Títulos
Barra de Menus
Área de projeto
Barra de Ferramentas
Hidrológicas
IPHS1
windows®
Barra de Avisos
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?
Vazão m édia m ens al (m 3/s )
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
D e z/6 2
D e z/6 4
D e z/6 6
D e z/6 8
D e z/7 0
D e z/7 2
D e z/7 4
D e z/7 6
D e z/7 8
D e z/8 0
D e z/8 2
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
2500
Rio Taquari, MS.
1500
1000
500
0
jul-69
jul-71
jul-73
jul-75
jul-77
jul-79
jul-81
jul-83
8000
Área ocupada (1000 ha)
Quais são as
conseqüências
das mudanças
de uso do solo
em larga escala?
Vazão (m3/s)
2000
7000
b o vino s
6000
s o ja
5000
4000
3000
2000
1000
0
1970
1975
1980
1985
A no
1990
1994
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 exutório
célula com
curso d´água
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
Cobertura
e uso
Solo
+
Blocos
Variabilidade no interior da célula
A cobertura, o uso e o tipo
de solo são
heterogêneos dentro de
uma célula
Cada célula é dividida
em blocos
Versão em mini-bacias
7:36
Balanço de água no solo
Evapotranspiração
E
P
P-I
Precipitação
Precipitação - interceptação
DSUP
Máximo conteúdo
de água
Wm
Escoamento
superficial
DINT
Escoamento
sub-superficial
DBAS
Escoamento
subterrâneo
W
Água no solo
Capacidade de Infiltração Variável
A capacidade de armazenamento
do solo é considerada variável.
O solo pode ser entendido como um
grande número de pequenos
reservatórios de capacidade variável.

w 


x  1  1 
 wm 
wi
b
b
 b1

W

x  1  1 
Wm 

w i = capacidade de armazenamento de cada
um dos reservatórios
w - individual
W - average
Surface flow and soil outflow
Escoamento superficial
1


b

1




W
P

Dsup  P  Wm  W   Wm  1 


Wm  b  1
 Wm 


Escoamento sub-superficial
 32 XL
 W - WZ

DINT  KINT  
W
W
Z
 M
Escoamento subterrâneo
DBAS  K BAS 
W - Wb 
Wm - Wb 
b1
Q SUP 
1
 VSUP
TK S
QINT 
1
 VINT
TK I
QBAS 
Qcel  QSUP  QINT  QBAS
1
 VBAS
TK B
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
269 células
5 blocos
Bloco
1
2
3
4
5
Uso do solo e cobertura vegetal
Floresta
Pastagem
Agricultura
Área Urbana
Água
Não foram considerados os diferentes tipos de solos
Postos fluviométricos
Principal posto:
Muçum  15.000 km2
6000
C a lc u la d a
5000
O b s e r va d a
Vazão (m 3/s )
4000
Posto Muçum
15.000 km2
3000
2000
1000
0
ju n - 7 3
ju l- 7 3
ago-73
s e t- 7 3
o u t- 7 3
Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)
nov -73
dez -73
700
600
Posto Carreiro
4.000 km2
calculada
observada
Vazão (m3/s)
500
400
300
200
100
0
01/jun/72
01/jul/72
31/jul/72
30/ago/72
29/set/72
29/out/72
Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)
28/nov/72
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
18000
Passo Caxambu
52.500 km2
16000
14000
calculado
observado
Vazão (m3/s)
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
jan-87
fev-87 mar-87
abr-87
mai-87
jun-87
jul-87
ago-87
set-87
out-87
Parâmetros “emprestados” da bacia Taquari Antas
nov-87 dez-87
Rio Uruguai: Resultados aplicação com calibração
16000
calculado
observado
Passo Caxambu
52.500 km2
14000
10000
8000
6000
4000
2000
/8
9
01
/1
2
/8
9
01
/1
1
/8
9
01
/1
0
/8
9
01
/0
9
/8
9
01
/0
8
/8
9
01
/0
7
/8
9
01
/0
6
/8
9
01
/0
5
/8
9
01
/0
4
/8
9
01
/0
3
/8
9
/0
2
01
/0
1
/8
9
0
01
Vazão (m3/s)
12000
Curva de permanência de vazões
100000
calculado
observado
Vazão (m3/s)
10000
1000
100
0
10
20
30
40
50
60
Tempo de permanência (%)
70
80
90
100
Bacia do rio São Francisco
Discretização da bacia
– Células Regulares 10x10 km e 20x20 km
Sobradinho
Resolução: 0,2º
(20x20km)
São
Francisco
Resolução: 0,1º
(10x10km)
Três
Marias
UHE Três Marias (Ad = 50.784 km2)
UHE Sobradinho (Ad = 503.937 km2)
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)