Modelagem e simulação
hidrológica
Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves
www.ctec.ufal.br/professor/mgn
• Horário: terças e quintas 13:00 até 16:00
• Local: Sala do Mestrado do PPGRHS
• Disciplina Eletiva
Objetivo
• Compreender os processos e sua interação
em sistemas hídricos, lançando as bases para
a simulação e comparação de cenários que,
por sua vez, subsidiam tomadas de decisão
racionais
Programa
0. Introdução à disciplina
1. Fundamentos da modelagem
2. Análise numérica
3. Otimização de parâmetros
4. Escoamento: introdução, modelos de rios e
reservatórios
5. Escoamento: modelos chuva-vazão
• As aulas e demais atividades  distribuídas ao longo
do bimestre, totalizando 45 horas. Pode haver
alteração ao longo do processo (com aviso prévio)
• Material disponibilizado em:
www.ctec.ufal.br/professor/mgn
Cronograma 2015.2
Bibliografia
LIVROS
Tucci, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Ed. UFRGS ABRH 652p
- FRAGOSO JR, C. R. ; FERREIRA, T. F. ; MOTTA MARQUES,
D. M. L. . Modelagem Ecológica em Ecossistemas Aquáticos.
1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. v. 1. 304p.
- Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação
- Maidment – Handbook of Hydrology
- Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos
- Cunha, C. Métodos Numéricos - para as Engenharias e
Ciências Aplicadas. Campinas, SP: Editora da Unicamp.
- Beven, K. 2001. Rainfall-runoff modeling: the primer
- Ponce, V. M. Engineering Hydrology: Principles and Practice
- McCuen, R. Hydrologic Analysis and design
- Anderson & Burt - Hydrological Forecasting
Coleção ABRH – Modelos para gerenciamento de rec. híd.
Bibliografia
LIVROS
- Chapra – Surface Water Quality Modeling
- Chapra e Canale – Numerical Methods for Engineers
-Wagener, Wheater, Gupta - Rainfall-runoff modelling in gauged
and ungauged catchments
- Singh, V.P.; ed. Computer models of watershed hydrology.
Highlands Ranch, Colorado, Water Resources Publ., 1995.
- Physical Hydrology (Dingman)
- Hydrology: An Introduction - Brutsaert
ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS
– Klemes, V. 1986 Operational testing of hydrological
simulation models. Hydrological Sciences Journal V. 31 No.
1 pp. 13-24.
– Nash e Sutcliffe, 1970 (Journal of Hydrology)
Bibliografia
ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS
– SINGH, V. P. e WOOHISER, D. A, 2002. Mathematical
Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic
Engineering V 7 N4 July 2473-292.
– Artigo do Gupta sobre o coeficiente de Nash-Sutcliffe
considerando variabilidade sazonal (Value of Nash values)
– Perrin, C.; Michel, C.; Andréassian, V. Does a large
number of parameters enhance model performance?
Comparative assessment of common catchment model
structures on 429 catchments. J. Hydrology, 242:275-301,
2001.
Avaliação
• Os conceitos serão obtidos por meio de:
– Provas de conceitos individuais  20%
– um trabalho em forma de artigo individual  peso
80%
• Recuperação  todo o conteúdo do curso  prova
 é para alunos que faltarem uma prova por
qualquer razão e para quem desejar melhorar o
conceito.
• Não haverá recuperação para alunos
que deixarem de fazer o trabalho
em forma de artigo
Avaliação
• O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas
abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno
e aceito pelo professor (vejam depois sugestões nos
próximos slides ou converse com alunos de turmas
passadas para complementar seus trabalhos
• Provas de conceitos
– Sorteado no momento da prova um
tema para a 1ª metade da aula 
dissertação  nota PC_1
– 2ª metade da prova  dissertação
sobre outro tema escolhido, com
exceção daquele sorteado  nota
PC_2
– Nota da PC = 0,4 . PC_1 + 0,6 . PC_2
Nota
Conceito
10 a 9
A
9a8
B
8a7
C
<7
D
Algumas idéias para trabalhos
No Área
1
2
Hidrologia
Urbana
Hidrologia
Urbana
3 Hidrologia
4 Hidrologia
Tema
Modelagem de técnicas
alternativas para o
controle do escoamento
urbano em pequena escala:
revisão e aplicação de um
modelo conhecido
Modelagem de técnicas
alternativas para o
controle do escoamento
urbano em pequena escala:
revisão e desenvolvimento
(ou aprimoramento) de um
algoritmo
Direcionamento
Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito
da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura,
tomando um caso experimental realizado e simulando com
um modelo conhecido, como o SWMM
Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito
da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura,
tomando um caso experimental realizado, montando ou
aprimorando um algoritmo e simulando
Tomar um algoritmo de algum modelo concentrado como o
IPH II ou o IPH-MEN ou outro, calibrar separadamente
para mínimas, médias e máximas, verificar a possibilidade
É possível definir funções
de haver uma função ou um algoritmo que faça o modelo
sazonais de parâmetros de
entender que o parâmetro muda conforme algum critério
modelos? O caso de
que vise à sazonalidade e simular para um período de
modelos concentrados
validação esta modificação. Se existir uma versão do
modelo escolhido com interface, esta versão pode ser
utilizada na fase de calibração.
É possível definir funções
sazonais de parâmetros de Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo
modelos? O caso de
distribuído como o MGB-IPH
modelos distribuídos
Algumas idéias para trabalhos
No Área
Tema
Direcionamento
Tomar uma bacia, calibrar e verificar um modelo
concentrado e um distribuído e com um posto
Simulações hidrológicas com dados diários fluviométrico. Deve haver nesta bacia postos
5 Hidrologia de percipitação melhora a calibração e a pluviométricos com dados diários e com dados
validação de modelos?
horários de precipitação, provenientes de
estações automáticas. Supõe-se que melhore,
sobretudo em bacias de cabeceira.
Semelhante ao caso anterior, mas com um
Simulações hidrológicas com dados diários
modelo concentrado. Neste caso, pode-se tomar
de percipitação melhora a calibração e a
6 Hidrologia
mais de uma bacia, uma com posto fluviométrico
validação de modelos? O caso de modelos
próximo à cabeceira e outra mais distante da
concentrados
cabeceira
Simulações hidrológicas com dados diários
de percipitação melhora a calibração e a Semelhante ao caso anterior, mas com um
7 Hidrologia
validação de modelos? O caso de modelos modelo distribuído como o MGB-IPH
distribuídos
Algumas idéias para trabalhos
•
•
•
•
•
•
Calibração IPH-2 com o MOCOM-UA usando
ponderadores para ponderar cada uma das
simulações
Calibração do IPH-2 com o MOCOM-UA usando
funções objetivo associadas a faixas de vazões
(altas x baixas) ou (altas x médias x baixas).
Hidrograma unitário geomorfológico.
Metodologia dos franceses para estimar HU e
perdas ao mesmo tempo.
Comparação Muskingum-Cunge x Hidrodinâmico
para diferentes situações de vazão, declividade e
comprimento de rio.
Escalas dos processos hidrológicos e sua
representação pelos modelos
Outras idéias para trabalhos
• O uso de satélites para estimativa da precipitação:
como pode complementar a rede pluviométrica e
suas falhas?
• Previsão de precipitação em tempo real e o seu uso
na previsão de vazão: métodos, vantagens e
desvantagens e tendências;
• Modelos hidrológicos de previsão em tempo real de
vazão: distribuídos concentrados, vantagens e
desvantagens
• Modelos distribuídos para pequenas bacias rurais
para avaliação dos impactos sobre alterações do uso
do solo
• Técnicas de Otimização associadas com a estimativa
dos parâmetros de modelos hidrológicos: funções
objetivo e funções multi-objetivo associada a
modelos distribuídos.
Outras idéias para trabalhos
• Otimização multi-objetivo de diferentes modelos:
hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros
• Integração de SIG com modelos – Como organizar?
• Uso de incertezas em associação com a estimativa
dos modelos hidrológicos
• Modelos de Grandes bacias: estrutura de balanço,
incertezas associadas e limitações
• Otimização e simulação do funcionamento de
sistemas de reservatórios: modelos, usos e limitações
• Decision Support Systems em recursos hídricos:
estrutura básica, elementos, principais tipos
utilizados.
Outras idéias para trabalhos
• Evaporação e Evapotranspiração: fundamentos,
dados, medidas, técnicas de modernas de avaliação
• Avaliação do escoamento subterrâneo nos modelos
hidrológicos: modelos, estruturas, estimativa de
parâmetros e sua relação com as características das
bacias.
• Escoamento em meio não – saturado: formulações
utilizadas nos modelos, representação de recargas e
fontes.
• Modelos de operação Usos múltiplos: Energia e
inundações – volume de espera
• Sistemas integrados de previsão e operação de
reservatórios.
• Estimativa do volume de áreas de inundação na
propagação no Pantanal
Outras idéias para trabalhos
• Simulação com Modelo Muskingun-Cunge não-linear
para conservação de volume em rios
• Avaliação da previsão de longo prazo da umidade do
solo na bacia do rio Uruguai
• Avaliação de funções multi-objetivo em associação
com modelo distribuído de grandes bacias para
extrapolação espacial e temporal
• Estimativa de precipitação com imagens de satélites
numa área com precipitação conhecida: Uso de
modelos existentes
• Uso do Modelo IPHS1 para simulação de um sistema
e análise do comportamento hidrológico