modelos hidrológicos prof. benedito c. silva ehd222 - modelagem hidrológica aplicada
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Modelos Hidrológicos
Prof. Benedito C. Silva
EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada
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Modelos hidrológicos - Introdução
Podem ser divididos em:
Simples Apenas chuva e vazão
ComplexosChuva, infiltração,
interceptação, água no solo, percolação, escoamento superficial,
escoamento sub-superficial, escoamento em rios,
evapotranspiração
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Exemplo de modelos hidrológico simples O método racional
6,3AiCQp
Qp = vazão de pico (m3/s)C = coeficiente de escoamento do método racional (não confundir)i = intensidade da chuva (mm/hora)A = área da bacia (km2)
Apenas vazão máxima; não calcula volume nem forma do hidrograma- Aplicado para pequenas bacias- Eventos simples- Avaliações preliminares
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Modelos hidrológicos mais complexos Principal objetivo original:
Estender séries de vazão no tempo e no espaço usando dados de precipitação.
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Novos objetivos chuva-vazão Mudanças de clima Mudanças de vegetação Mudanças de uso do solo Base para modelos de qualidade de água com fontes pontuais e
difusas Base para modelos de transporte de sedimentos Estimativas de hidrogramas de projeto Acoplamento com modelos atmosféricos Previsão de vazão em tempo real com base na chuva observada
e prevista Auxiliar entendimento dos processos: testar hipóteses
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Classificação de modelos
Quanto à descrição do processo Quanto à discretização espacial Quanto à extensão temporal
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Tipos de modelos quanto à descrição dos processos Data driven (baseados em dados)
O que interessa é a entrada e a saída. Podem ser modelos black-box ou modelos conceituais simples, concentrados.
Process driven (baseados em processos) Descrevem os processos intermediários com detalhe.
Intermediários Aprofundam a descrição de alguns processos mas são
relativamente simplificados em outros.
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Modelos detalhados – Process driven O exemplo mais clássico de um modelo
hidrológico realmente detalhado é o modelo SHE (Sistema Hidrológico Europeu).
Proposta do modelo SHE Um modelo hidrológico que utiliza todo o
conhecimento teórico disponível, de forma mais completa possível.
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Proposta do modelo SHE Escoamento superficial: Equação de difusão em duas dimensões
sobre o terreno
Escoamento em canais: Equações de Saint-Venant completas
Escoamento subterrâneo: Equação de Darcy e de continuidade resolvida em duas dimensões
Escoamento sub-superficial: Equação de escoamento em meio poroso não saturado em uma dimensão (vertical) para cada grid-cell
Infiltração: método hortoniano
Evapotranspiração: Equação de Penman-Monteith
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Decepção com modelo SHE Apesar de toda a complexidade, resultados não são
necessariamente melhores. Exige uma quantidade de dados que nem sempre
está disponível. Dependendo da escala em que os dados são
obtidos e da escala em que o modelo é aplicado pode ser necessária a calibração dos parâmetros:
valores efetivos dos parâmetros diferentes dos valores medidos no campo.
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Modelos baseados em dados(data driven)
Modelos black-box (caixa preta) Modelos de redes neurais. Modelos função de transferência simples.
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Modelos intermediários ou conceituais Usam a equação da continuidade, associada a uma
ou mais equações empíricas. Quase todos os modelos hidrológicos mais
conhecidos se encaixam nesta categoria: IPH2 Topmodel Stanford SMAP IPHS1 SWMM HEC-HMS
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Classificação quanto à discretização espacial da bacia Concentrado Distribuído por sub-bacias Distribuído por módulos
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Modelos Precipitação-Vazão
Características dos modelos Discretização das bacias : concentrado; distribuído por bacia;
distribuído por célula
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Modelos semi-distribuídos
Modelos concentrados aplicados em sub-bacias unidas por uma rede de drenagem são, às vezes, denominados modelos semi-distribuídos.
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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
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Dados de entrada de modelos hidrológicos Dados fisiográficos da bacia (área, comprimento,
declividade, ...)
Precipitação
Vazão (sempre que o modelo tenha que ser calibrado)
Evapotranspiração evaporação de tanque variáveis meteorológicas
temperatura umidade relativa radiação solar pressão atmosférica velocidade do vento
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Quanto à extensão temporal da simulação 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
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Módulo baciaGeração de escoamento na
baciaPropagação do escoamento
interno à bacia
Módulo rioPropagação de escoamento na
rede de drenagem
bacia
rio
reservatório
Estrutura básica dos modelos hidrológicos
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Percolação
Processos do ciclo hidrológico representados em modelos
Interceptação
Depressões
chuva
Escoamentosuperficial
Infiltração
Armazenamentono solo
Armazenamentono subsolo
EscoamentoSub-superficial
Vazão no rio
evap
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Modelos que serão estudados nesta disciplinaHEC-HMS Modelo de transformação chuva-vazão
(módulos bacia e rio), distribuído por sub-bacias, para simulação de eventos
HEC-RAS Modelo de propagação do escoamento
(apenas módulo rio)
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