modelagem hidrolÓgica em microbacia hidrogrÁfica da bacia do rio paraÍba do sul
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MODELAGEM HIDROLÓGICA EM MODELAGEM HIDROLÓGICA EM
MICROBACIA HIDROGRÁFICA DA MICROBACIA HIDROGRÁFICA DA
BACIA DO RIO PARAÍBA DO SULBACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
O uso adequado do solo, favorecendo a infiltração, O uso adequado do solo, favorecendo a infiltração, possibilita a manutenção de um maior volume de água possibilita a manutenção de um maior volume de água armazenado, o que permite um maior controle das armazenado, o que permite um maior controle das oscilações das vazões nos cursos d’água.oscilações das vazões nos cursos d’água.
Os modelos hidrológicos são ferramentas utilizadas para Os modelos hidrológicos são ferramentas utilizadas para melhor entender e representar o comportamento melhor entender e representar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica (Tucci, 2002).hidrológico de uma bacia hidrográfica (Tucci, 2002).
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Faltam métodos para estimar o efeito dos diversos Faltam métodos para estimar o efeito dos diversos fatores que interferem no processo de produção de fatores que interferem no processo de produção de escoamento superficial, tendo em vista que os métodos escoamento superficial, tendo em vista que os métodos desenvolvidos no exterior apresentam limitações quanto desenvolvidos no exterior apresentam limitações quanto ao seu uso para as condições edafoclimáticas ao seu uso para as condições edafoclimáticas brasileiras.brasileiras.
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Fonte: Silva (2002).Fonte: Silva (2002).
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Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico
Fonte: Braga (2000).Fonte: Braga (2000).
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
A taxa de infiltração é obtida por meio da equação de A taxa de infiltração é obtida por meio da equação de Green-Ampt modificada por Mein-Larson (GAML):Green-Ampt modificada por Mein-Larson (GAML):
KKss = condutividade hidráulica do solo saturado, mm h = condutividade hidráulica do solo saturado, mm h-1-1;;
ΨΨff = pot. mat. do solo na frente de umedecimento, mmca; = pot. mat. do solo na frente de umedecimento, mmca;
θθss = umidade do solo saturado, cm = umidade do solo saturado, cm33 cm cm-3-3;;
θθii = umidade do solo no início da infiltração, cm = umidade do solo no início da infiltração, cm33 cm cm-3-3;;
I = infiltração acumulada, mm.I = infiltração acumulada, mm.
I
1KT isfsi
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Objetivos:Objetivos:
Testar e aprimorar o modelo hidrológico HidroBacia, por Testar e aprimorar o modelo hidrológico HidroBacia, por meio de simulações do hidrograma de escoamento meio de simulações do hidrograma de escoamento superficial em uma microbacia hidrográfica experimental;superficial em uma microbacia hidrográfica experimental;
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INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Objetivos:Objetivos:
Testar diferentes formas de obtenção dos parâmetros da Testar diferentes formas de obtenção dos parâmetros da equação de GAML usando o HidroBacia, visando equação de GAML usando o HidroBacia, visando identificar as opções que proporcionam as melhores identificar as opções que proporcionam as melhores estimativas da infiltração da água no solo e, estimativas da infiltração da água no solo e, conseqüentemente, do hidrograma de escoamento conseqüentemente, do hidrograma de escoamento superficial.superficial.
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Mapas necessários para as simulações:Mapas necessários para as simulações:
1.1. Modelo digital de elevação;Modelo digital de elevação;
2.2. Direções de escoamento;Direções de escoamento;
3.3. Rede de drenagem numérica;Rede de drenagem numérica;
4.4. Interceptação pela cobertura vegetal (ICV);Interceptação pela cobertura vegetal (ICV);
5.5. Armazenamento superficial (ARM);Armazenamento superficial (ARM);
6.6. Rugosidade do terreno (coeficiente de Manning);Rugosidade do terreno (coeficiente de Manning);
7.7. Condutividade hidráulica do solo saturado (KCondutividade hidráulica do solo saturado (Kss););
8.8. Umidade inicial (Umidade inicial (θθii););
9.9. Umidade de saturação (Umidade de saturação (θθss););
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Mapas necessários para as simulações:Mapas necessários para as simulações:
10.10.Potencial matricial na frente de umedecimento (Potencial matricial na frente de umedecimento (ψψff););
11.11.Capacidade de campo (CC);Capacidade de campo (CC);
12.12.Ponto de murcha permanente (PMP);Ponto de murcha permanente (PMP);
13.13.Coeficiente da cultura (KCoeficiente da cultura (Kcc); e); e
14.14.Taxa de infiltração estável (TTaxa de infiltração estável (Tieie).).
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5,2H 6,1Q
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Precipitação ocorrida no dia 20/03/2006
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0,0 12,0 24,0 36,0 48,0 60,0 72,0 84,0 96,0 108, 120,
Tempo (minutos)
Ch
uva
(m
m h
-1)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Vaz
ão (
L s
-1)
Chuva
Vazão
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAMLCombinações dos parâmetros da equação de GAML
Potencial matricial na frente de umedecimentoPotencial matricial na frente de umedecimento ( (ff):):
1) Mein & Larson (1973);1) Mein & Larson (1973);
2) Rawls & Brakensiek (1983); e2) Rawls & Brakensiek (1983); e
3) Cecílio (2005).3) Cecílio (2005). Lâmina d’água
Zona de transmissão
s
i
H0
L
Superfície do solo
Frente de umedecimento
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAMLCombinações dos parâmetros da equação de GAML
Condutividade hidráulica do solo na zona de transmissãoCondutividade hidráulica do solo na zona de transmissão::
1) K1) Kww = K = Kss (permeâmetro de carga constante); (permeâmetro de carga constante);
2) K2) Kww = T = Tieie; e; e
3) K3) Kww = 0,5 T = 0,5 TieieLâmina d’água
Zona de transmissão
s
i
H0
L
Superfície do solo
Frente de umedecimento
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAMLCombinações dos parâmetros da equação de GAML
Umidade do solo na zona de transmissãoUmidade do solo na zona de transmissão::
1) 1) ww = = ss;;
2) 2) ww = 0,90 = 0,90 ss;;
3) 3) ww = 0,85 = 0,85 ss; e; e
4) 4) ww = 0,80 = 0,80 ss..
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
1
1 2 3
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
f
Kw
s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
Número de simulações:Número de simulações:
3 (3 (ff) x 3 (K) x 3 (Kww) x 4 () x 4 (ww ) = 36 combinações testadas ) = 36 combinações testadas
36 x 14 eventos de precipitação = 504 simulações36 x 14 eventos de precipitação = 504 simulações
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RESULTADOSRESULTADOS
Comb.Comb. d'd' c'c' E'E'EAMEAM
(mm)(mm)
REQMREQM
(mm)(mm)
EAPMEAPM
(%)(%)rr22 PP
(2-2-3)(2-2-3) 0,540,54 0,390,39 0,120,12 0,30,3 0,30,3 142142 0,52630,5263 0,0030,003
(2-2-4)(2-2-4) 0,540,54 0,390,39 0,120,12 0,30,3 0,30,3 142142 0,52630,5263 0,0030,003
(2-3-3)(2-3-3) 0,520,52 0,360,36 0,060,06 0,30,3 0,40,4 146146 0,47070,4707 0,0070,007
(2-3-4)(2-3-4) 0,510,51 0,340,34 0,000,00 0,30,3 0,40,4 150150 0,43630,4363 0,0100,010
(3-2-3)(3-2-3) 0,500,50 0,310,31 -0,04-0,04 0,40,4 0,40,4 154154 0,37760,3776 0,0190,019
(3-2-4)(3-2-4) 0,530,53 0,370,37 0,090,09 0,30,3 0,40,4 144144 0,48950,4895 0,0050,005
Simulações da LESSimulações da LES
Desempenho das 6 melhores combinações de dados de entrada da Desempenho das 6 melhores combinações de dados de entrada da equação de GAML:equação de GAML:
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RESULTADOSRESULTADOS
Comb.Comb. d'd' c'c' E'E'EAMEAM
(L s(L s-1-1))
REQMREQM
(L s(L s-1-1))
EAPMEAPM
(%)(%)rr22 PP
(2-2-2)(2-2-2) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031
(2-2-3)(2-2-3) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031
(2-2-4)(2-2-4) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031
(2-3-2)(2-3-2) 0,330,33 0,190,19 0,030,03 110,8110,8 131,2131,2 135135 0,34220,3422 0,0280,028
(2-3-3)(2-3-3) 0,360,36 0,220,22 0,040,04 109,7109,7 130,0130,0 135135 0,35060,3506 0,0260,026
(2-3-4)(2-3-4) 0,400,40 0,250,25 0,030,03 110,2110,2 130,4130,4 136136 0,38200,3820 0,0180,018
(3-2-3)(3-2-3) 0,370,37 0,200,20 -0,05-0,05 119,7119,7 141,3141,3 141141 0,28990,2899 0,0470,047
(3-2-4)(3-2-4) 0,350,35 0,200,20 0,050,05 108,4108,4 131,2131,2 135135 0,33210,3321 0,0310,031
Simulações da vazão máximaSimulações da vazão máxima
Desempenho das 8 melhores combinações de dados de entrada da Desempenho das 8 melhores combinações de dados de entrada da equação de GAML:equação de GAML:
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C om binação (2-2-3)
C om binação (2-3-3)
C om binação (3-2-3)
H idrogram a observado
0 25 50 75 100 125 150Te m p o , m in
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Va
zão
, L s
-1
Evento 2
(25/05/2005)
C om binação (2-2-4)
C om binação (2-3-4)
C om binação (3-2-4)
H idrogram a observado
0 25 50 75 100 125 150Te m p o , m in
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Va
zão
, L s
-1
Evento 2
(25/05/2005)
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C om binação (2-2-3)
C om binação (2-3-3)
C om binação (3-2-3)
H idrogram a observado
0 50 100 150 200 250 300 350 400Te m p o , m in
0
50
100
150
200
250
300
350
400V
azã
o, L
s-1
Evento 6
(10/02/2006)
C om binação (2-2-4)
C om binação (2-3-4)
C om binação (3-2-4)
H idrogram a observado
0 50 100 150 200 250 300 350 400Te m p o , m in
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Va
zão
, L s
-1
Evento 6
(10/02/2006)
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CONCLUSÕESCONCLUSÕES
1)1) O balanço de massa do modelo HidroBacia foi corrigido O balanço de massa do modelo HidroBacia foi corrigido por meio de várias alterações no código-fonte do programa por meio de várias alterações no código-fonte do programa computacional, dentre elas, a substituição do método computacional, dentre elas, a substituição do método utilizado para a solução das equações do modelo de ondas utilizado para a solução das equações do modelo de ondas cinemáticas;cinemáticas;
ii Tixq
th
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CONCLUSÕESCONCLUSÕES
2)2) Das 36 combinações testadas (GAML), 6 apresentaram Das 36 combinações testadas (GAML), 6 apresentaram melhor desempenho na estimação dos hidrogramas de melhor desempenho na estimação dos hidrogramas de escoamento superficial. escoamento superficial.
ff KKww ww
Rawls & Rawls & Brakensiek (1983)Brakensiek (1983)
TTieie ou 0,5 T ou 0,5 Tieie 0,80 ou 0,85 0,80 ou 0,85 ss
Cecílio (2005)Cecílio (2005) TTieie 0,80 ou 0,85 0,80 ou 0,85 ss
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CONCLUSÕESCONCLUSÕES
3)3) Em virtude das alterações efetuadas, o HidroBacia Em virtude das alterações efetuadas, o HidroBacia passou da passou da versão 1.0versão 1.0 para a para a versão 1.1versão 1.1;;
4)4) O modelo HidroBacia ainda necessita de aprimora- O modelo HidroBacia ainda necessita de aprimora-mentos.mentos.
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Alterações no modelo HidroBacia:Alterações no modelo HidroBacia:
Correção no balanço hídrico;Correção no balanço hídrico;
Correção no balanço de massa:Correção no balanço de massa:
- Solução do modelo de onda cinemáticas;- Solução do modelo de onda cinemáticas;
- Critério de empoçamento d'água na superfície do solo;- Critério de empoçamento d'água na superfície do solo;
- Comparações entre números reais;- Comparações entre números reais;
- Soma de hidrogramas advindos de áreas diferentes;- Soma de hidrogramas advindos de áreas diferentes;
- Outras correções.- Outras correções.
Otimização dos cálculos.Otimização dos cálculos.