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?