EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada
Modelos Hidrológicos
Prof. Benedito C. Silva
Modelos hidrológicos - Introdução

Podem ser divididos em:

Simples
Apenas chuva e vazão

Complexos
Chuva, infiltração,
interceptação, água no
solo, percolação,
escoamento superficial,
escoamento subsuperficial, escoamento
em rios,
evapotranspiração
Exemplo de modelos hidrológico simples

O método racional
Ci  A
Qp 
3,6
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
Modelos hidrológicos mais complexos

Principal objetivo original:
Estender séries de vazão no tempo e no
espaço usando dados de precipitação.
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
Classificação de modelos



Quanto à descrição do processo
Quanto à discretização espacial
Quanto à extensão temporal
Tipos de modelos quanto à descrição
dos processos

Data driven (baseados em dados)


Process driven (baseados em processos)


O que interessa é a entrada e a saída. Podem ser
modelos black-box ou modelos conceituais simples,
concentrados.
Descrevem os processos intermediários com detalhe.
Intermediários

Aprofundam a descrição de alguns processos mas são
relativamente simplificados em outros.
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.
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
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.
Modelos baseados em dados
(data driven)



Modelos black-box (caixa preta)
Modelos de redes neurais.
Modelos função de transferência simples.
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
Classificação quanto à discretização
espacial da bacia



Concentrado
Distribuído por sub-bacias
Distribuído por módulos
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
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
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
Estrutura básica dos modelos
hidrológicos
Módulo bacia
Geração de escoamento na
bacia
Propagação do escoamento
interno à bacia
rio
bacia
Módulo rio
Propagação de escoamento na
rede de drenagem
reservatório
Processos do ciclo hidrológico representados em modelos
evap
chuva
Interceptação
Depressões
Infiltração
Armazenamento
no solo
Escoamento
Sub-superficial
Vazão no rio
Percolação
Armazenamento
no subsolo
Escoamento
superficial
Modelos que serão estudados nesta
disciplina
HEC-HMS
 Modelo de transformação chuva-vazão
(módulos bacia e rio), distribuído por subbacias, para simulação de eventos
HEC-RAS
 Modelo de propagação do escoamento
(apenas módulo rio)
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