MODELAGEM HIDROLÓGICA EM
MICROBACIA HIDROGRÁFICA DA
BACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL
INTRODUÇÃO

O uso adequado do solo, favorecendo a infiltração,
possibilita a manutenção de um maior volume de água
armazenado, o que permite um maior controle das
oscilações das vazões nos cursos d’água.

Os modelos hidrológicos são ferramentas utilizadas para
melhor entender e representar o comportamento
hidrológico de uma bacia hidrográfica (Tucci, 2002).
INTRODUÇÃO

Faltam métodos para estimar o efeito dos diversos
fatores que interferem no processo de produção de
escoamento superficial, tendo em vista que os métodos
desenvolvidos no exterior apresentam limitações quanto
ao seu uso para as condições edafoclimáticas
brasileiras.
Fonte: Silva (2002).
Ciclo hidrológico
Fonte: Braga (2000).
INTRODUÇÃO

A taxa de infiltração é obtida por meio da equação de
Green-Ampt modificada por Mein-Larson (GAML):
s  i 

Ti  K s 1   f

I 

Ks = condutividade hidráulica do solo saturado, mm h-1;
Ψf = pot. mat. do solo na frente de umedecimento, mmca;
θs = umidade do solo saturado, cm3 cm-3;
θi = umidade do solo no início da infiltração, cm3 cm-3;
I = infiltração acumulada, mm.
INTRODUÇÃO
Objetivos:

Testar e aprimorar o modelo hidrológico HidroBacia, por
meio de simulações do hidrograma de escoamento
superficial
em
uma
microbacia
hidrográfica
experimental;
INTRODUÇÃO
Objetivos:

Testar diferentes formas de obtenção dos parâmetros da
equação de GAML usando o HidroBacia, visando
identificar as opções que proporcionam as melhores
estimativas da infiltração da água no solo e,
conseqüentemente, do hidrograma de escoamento
superficial.
Mapas necessários para as simulações:
Modelo digital de elevação;
2. Direções de escoamento;
3. Rede de drenagem numérica;
4. Interceptação pela cobertura vegetal (ICV);
5. Armazenamento superficial (ARM);
6. Rugosidade do terreno (coeficiente de Manning);
7. Condutividade hidráulica do solo saturado (Ks);
8. Umidade inicial (θi);
9. Umidade de saturação (θs);
1.
Mapas necessários para as simulações:
10. Potencial
matricial na frente de umedecimento (ψf);
11. Capacidade de campo (CC);
12. Ponto de murcha permanente (PMP);
13. Coeficiente da cultura (Kc); e
14. Taxa de infiltração estável (Tie).
Q  1,6 H2,5
Precipitação ocorrida no dia 20/03/2006
90
550
80
500
450
60
Chuva
50
Vazão
400
350
300
250
40
200
30
150
20
100
10
50
0
0,0
12,0
24,0
36,0
48,0
60,0
72,0
Tempo (minutos)
84,0
96,0
108,
0
120,
Vazão (L s-1)
Chuva (mm h-1)
70
METODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAML
Potencial matricial na frente de umedecimento (f):

1) Mein & Larson (1973);

2) Rawls & Brakensiek (1983); e

3) Cecílio (2005).
H0
L
Lâmina d’água
Superfície do solo
Zona de transmissão
s
Frente de umedecimento
i
METODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAML
Condutividade hidráulica do solo na zona de transmissão:

1) Kw = Ks (permeâmetro de carga constante);

2) Kw = Tie; e

3) Kw = 0,5 Tie
H0
L
Lâmina d’água
Superfície do solo
Zona de transmissão
s
Frente de umedecimento
i
METODOLOGIA
Combinações dos parâmetros da equação de GAML
Umidade do solo na zona de transmissão:

1) w = s;

2) w = 0,90 s;

3) w = 0,85 s; e

4) w = 0,80 s.
METODOLOGIA
f
1
1
1
1
2
2
2
3
Kw
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
s
METODOLOGIA

Número de simulações:
3 (f) x 3 (Kw) x 4 (w ) = 36 combinações testadas
36 x 14 eventos de precipitação = 504 simulações
RESULTADOS
Simulações da LES
Desempenho das 6 melhores combinações de dados de entrada da
equação de GAML:
Comb.
d'
c'
E'
EAM
(mm)
REQM EAPM
(mm)
(%)
(2-2-3)
0,54
0,39
0,12
0,3
0,3
(2-2-4)
0,54
0,39
0,12
0,3
(2-3-3)
0,52
0,36
0,06
(2-3-4)
0,51
0,34
(3-2-3)
0,50
(3-2-4)
0,53
r2
P
142
0,5263
0,003
0,3
142
0,5263
0,003
0,3
0,4
146
0,4707
0,007
0,00
0,3
0,4
150
0,4363
0,010
0,31
-0,04
0,4
0,4
154
0,3776
0,019
0,37
0,09
0,3
0,4
144
0,4895
0,005
RESULTADOS
Simulações da vazão máxima
Desempenho das 8 melhores combinações de dados de entrada da
equação de GAML:
Comb.
d'
c'
E'
EAM
(L s-1)
REQM EAPM
(L s-1)
(%)
(2-2-2)
0,32
0,19
0,02
111,6
131,7
(2-2-3)
0,32
0,19
0,02
111,6
(2-2-4)
0,32
0,19
0,02
(2-3-2)
0,33
0,19
(2-3-3)
0,36
(2-3-4)
r2
P
136
0,3330
0,031
131,7
136
0,3330
0,031
111,6
131,7
136
0,3330
0,031
0,03
110,8
131,2
135
0,3422
0,028
0,22
0,04
109,7
130,0
135
0,3506
0,026
0,40
0,25
0,03
110,2
130,4
136
0,3820
0,018
(3-2-3)
0,37
0,20
-0,05
119,7
141,3
141
0,2899
0,047
(3-2-4)
0,35
0,20
0,05
108,4
131,2
135
0,3321
0,031
Combinação (2-2-3)
Combinação (2-3-3)
Combinação (3-2-3)
Hidrograma observado
550
550
500
500
Evento 2
(25/05/2005)
450
400
350
300
250
200
350
300
250
200
150
150
100
100
50
50
0
0
0
25
50
75 100
Tempo, min
125
Evento 2
(25/05/2005)
450
Vazão, L s-1
400
Vazão, L s-1
Combinação (2-2-4)
Combinação (2-3-4)
Combinação (3-2-4)
Hidrograma observado
150
0
25
50
75 100
Tempo, min
125
150
400
Combinação (2-2-3)
Combinação (2-3-3)
Combinação (3-2-3)
Hidrograma observado
350
Vazão, L s-1
300
250
Evento 6
(10/02/2006)
200
150
300
250
150
100
50
50
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo, min
Evento 6
(10/02/2006)
200
100
0
Combinação (2-2-4)
Combinação (2-3-4)
Combinação (3-2-4)
Hidrograma observado
350
Vazão, L s-1
400
0
0
50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo, min
CONCLUSÕES
1) O balanço de massa do modelo HidroBacia foi corrigido
por meio de várias alterações no código-fonte do programa
computacional, dentre elas, a substituição do método
utilizado para a solução das equações do modelo de ondas
cinemáticas;
h q

 ii  Ti
t x
CONCLUSÕES
2) Das 36 combinações testadas (GAML), 6 apresentaram
melhor desempenho na estimação dos hidrogramas de
escoamento superficial.
f
Kw
w
Rawls &
Brakensiek (1983)
Cecílio (2005)
Tie ou 0,5 Tie
0,80 ou 0,85 s
Tie
0,80 ou 0,85 s
CONCLUSÕES
3) Em virtude das alterações efetuadas, o HidroBacia
passou da versão 1.0 para a versão 1.1;
4) O modelo HidroBacia ainda necessita de aprimoramentos.
Alterações no modelo HidroBacia:

Correção no balanço hídrico;

Correção no balanço de massa:
- Solução do modelo de onda cinemáticas;
- Critério de empoçamento d'água na superfície do solo;
- Comparações entre números reais;
- Soma de hidrogramas advindos de áreas diferentes;
- Outras correções.

Otimização dos cálculos.