Transcript Slide 1
Modelos Chuva-Vazão
Prof. Carlos Ruberto Fragoso Júnior
11:43
Tópicos
Revisão
Modelos Conceituais Distribuídos
IPHS1
MGB-IPH
Modelo IPH2
Modelos Precipitação-Vazão
Características dos modelos
Discretização das bacias : concentrado; distribuído por bacia;
distribuído por célula
Modelos semi-distribuídos
Modelos concentrados aplicados em subbacias unidas por uma rede de drenagem
são, às vezes, denominados modelos semidistribuídos.
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 de modelos concentrados e
distribuídos
Estrutura básica
módulo bacia
módulo rio, reservatório
rio
Módulo bacia
Geração de escoamento
bacia
reservatório
Módulo rio
Propagação de escoamento
Modelos Conceituais
Chuva-Vazão Distribuídos
Equipe de Desenvolvimento:
IPH - Instituto de Pesquisas Hidráulicas - UFRGS
Coordenador do Projeto pelo IPH:
Carlos Eduardo Morelli Tucci
Colaboradores no desenvolvimento da versão FORTRAN:
Adolfo O. N. Villanueva
Daniel G. Allasia
Marllus G. das Neves
Walter Collischonn
FEA - Faculdade de Engenharia Agrícola - UFPel
Agência para o Desenvolvimento da Lagoa Mirim - UFPel
Coordenador de Desenvolvimento pela UFPel :
João S. Viegas Filho
Colaboradora de Desenvolvimento pela UFPel:
Rita de Cássia Fraga Damé
Analistas de Sistemas, Desenvolvedor:
Adriano Rochedo Conceição
Setor de Hidráulica e Saneamento - Departamento de Física – FURG
Coordenador de Desenvolvimento versão FORTRAN pela FURG:
Rutinéia Tassi
Colaborador de Desenvolvimento pela FURG:
Ezequiel Wustrow Souza
IPHS1
windows®
Universidad Nacional de Córdoba - UNC
Coordenador de Desenvolvimento manuais em espanhol:
Juan Carlos Bertoni
Colaborador da UNC:
Carlos Catalini
Material Disponível:
-
Manual do Usuário do IPHS1
Manual de Fundamentos do IPHS1
Manual de Exemplos do IPHS1
Banco de Dados de Exemplos do IPHS1
Home page:
www.fisica.furg.br/IPHS1
www.iph.ufrgs.br/iphs1
Contatos:
[email protected]
[email protected]
IPHS1
windows®
Modelo IPHS1
IPHS1
windows®
Configurações do computador
O IPHS1 utiliza como símbolo de decimal o “ponto”
Se for necessário mudar essa configuração, acessar a opção:
Painel de Controle/Data, hora, idioma e opções regionais/Opções
regionais e idioma/Opções regionais/Personalizar/Símbolo
decimal
=>”.”
ou
Control Panel/ Regional and language options/Regional
options/Customize/Decimal symbol
=> “.”
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
B1
histórica ou de projeto
para ser reordenada.
Postos
pluviométricos
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.
Apredendo
a
utilizar
o
modelo
IPHS1
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
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
Número de intervalos de tempo com chuva
vamos usar 0,5 hora, porque os dados estão em 0,5
hora e o HU fica bem definido
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
Vamos Exercitar!!!
Mais adiante voltaremos a usar o IPHS1!
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
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
Quais são as
conseqüências das
mudanças de uso
do solo em larga
escala?
Vazão (m3/s)
2000
1500
1000
500
0
jul-69
jul-71
jul-73
jul-75
jul-77
jul-79
jul-81
jul-83
Área ocupada (1000 ha)
8000
Rio Taquari, MS.
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
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
Balanço vertical em cada bloco
E
P
P-I
DSUP
Wm
DINT
W
DBAS
Escoamento na célula
Variabilidade no interior do bloco
wi
A capacidade de armazenamento
do solo é considerada variável.
w i = capacidade de armazenamento de cada
um dos reservatórios
O solo pode ser entendido como um
grande número de pequenos
reservatórios de capacidade variável.
Q SUP
1
VSUP
TK S
QINT
1
VINT
TK I
QBAS
Qcel QSUP QINT QBAS
1
VBAS
TK B
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
Mais detalhes do MGB-IPH?