Modelos Hidrológicos
Prof. Carlos Ruberto Fragoso Júnior
Prof. Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neves
www.ctec.ufal.br/professor/mgn
Programa
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Conceito de sistema e modelo
Tipos de modelo
Terminologia e conceitos pertinentes
Classificação dos modelos
Etapas da modelagem
Aplicação dos modelos
Evolução dos modelos hidrológicos
Cuidados no uso dos modelos
Conceito de sistema e modelo
Sistema x Modelo
Qualquer estrutura, esquema ou procedimento,
real ou abstrato, que num dado tempo de
referência interrelaciona-se com uma
entrada, causa ou estímulo de energia ou
informação, e uma saída, efeito ou resposta de
energia ou informação
ENTRADAS
SISTEMA
SAÍDAS
Conceito e objetivo dos modelos
Sistema x Modelo
Representação de algum objeto ou
sistema, numa linguagem ou forma de
fácil acesso e uso, com o objetivo de
entendê-lo e buscar suas respostas para
diferentes entradas
ENTRADAS
SISTEMA
SAÍDAS
Conceito e objetivo dos modelos
Sistemas naturais são complexos  vários fatores
interferindo de forma dinâmica
Processos físicos:
- precipitação
- evaporação
- evapotranspiração
- infiltração
- percolação
- escoamento superficial
- escoamento subterrâneo
Conceito e objetivo dos modelos
Sistemas naturais são complexos  vários fatores
interferindo de forma dinâmica
Processos abióticos:
- resuspensão
- sedimentação
- mineralização
- nitrificação
- denitrificação
- adsorção
- reaeração
Conceito e objetivo dos modelos
Sistemas naturais são complexos  vários fatores
interferindo de forma dinâmica
Processos bióticos:
- fotossíntese
- assimilação
- produção
- respiração
- mortalidade
- predação
- decomposição
Conceito e objetivo dos modelos
Sistemas artificiais  controle do homem,
variáveis controladas, saídas são mais
previsíveis.
Exemplos: circuitos elétricos, edifícios
Sistemas naturais  Não foram
dimensionados pelo homem, alguns processos
físicos não entendidos, saídas mais
imprevisíveis  observar comportamento para
diminuir ignorância
Exemplos: bacias hidrográficas, estuários
Conceito e objetivo dos modelos
Tipos de modelos
Físicos  representam o sistema em escala
menor  hidráulica (teoria da
semelhança)
Analógicos  valem-se da analogia das
equações que regem diferentes
fenômenos  exemplo 
escoamento hidráulico e circuito
elétrico
Matemáticos ou digitais  representa o
sistema através de equações matemáticas
Tipos de modelos
Físicos
Tipos de modelos
Matemáticos ou digitais
Modelo de reservatório  equação da continuidade
dS
 I Q
dt
Terminologia e conceitos pertinentes
Fenômeno  processo físico que produz
alteração de estado no sistema. Por exemplo,
precipitação, evaporação e infiltração
Variável  valor que descreve
quantitativamente um fenômeno, variando no
espaço e no tempo. Por exemplo, vazão 
descreve o estado do escoamento
Parâmetro  valor que caracteriza o sistema
 pode variar com o espaço e o tempo. Por
exemplo, rugosidade de uma seção de um rio,
área impermeável de uma bacia hidrográfica
Terminologia e conceitos pertinentes
Parâmetros mudaram
Cenário 1
Condições do
sistema em uma
condição:
Cenário 2
Condições do
sistema em outra
condição
Variação do
fenômeno 
variáveis
Variação do
fenômeno 
variáveis
Terminologia e conceitos pertinentes
Risco e incerteza
Diferença entre as
estatísticas da amostra e da
população:
devido à representatividade
da amostra ou
devido aos erros de coleta e
processamento dos dados da
variável aleatória
É a chance aceita pelo projetista que a variável seja
maior que um determinado valor (menor no caso de
mínimos)
Terminologia e conceitos pertinentes
Risco e incerteza
erros de na
observação de P
Os 2 pluviômetros
não registaram a
chuva convectiva
ou orográfica
As incertezas também ocorrem devido à estrutura
do modelo e nos parâmetros
modelos lineares em processos fortemente não lineares 
incertezas grandes fora da faixa de valores do ajuste.
Terminologia e conceitos pertinentes
• Série estacionária ou não-estacionária
série estacionária  as estatísticas da mesma
não se alteram com o tempo. Série nãoestacionária  caso contrário
• Princípio da parcimônia
representação adequada do comportamento
de um processo ou um sistema por um modelo
com o menor número possível de parâmetros
Classificação dos modelos
Linear x Não linear Linear: Princípio da superposição
x1+ x2
x1
x2
SISTEMA
y1
y2
y1+ y2
Classificação dos modelos
Matematicamente
n 1
d
x
d x  An  1
dx  A0x  y(t)
A
n

.........

A
1
Eq. dif. 
dtn
dt
dtn 1
Linear : quando Ai  f(X) para i = 1,2,...n
linear invariante: quando Ai  f(X,t)
linear variante : quando Ai  f(X)
não-linear: quando pelo menos um Ai = f(X,t)
n
Exemplo: K dQ  Q  I
dt
Linear : quando uma eq. Possui apenas
Outros de eq.  uma variável em cada termo, e cada
variável elevada à potência de ordem 1
Classificação dos modelos
Contínuo e Discreto
Geralmente o
sistema se
modifica
continuamente,
mas os registros
são efetuados em
intervalos de
tempo
A escolha do intervalo  função da economia desejada e da
precisão dos resultados, que são conflitantes: à medida que o
intervalo diminui, o custo para medir os dados da computação
aumenta em favor da melhoria da precisão dos resultados.
Classificação dos modelos
Concentrados x distribuídos
Concentrado  não leva em conta a variabilidade
espacial. A precipitação média de uma bacia é um
exemplo da integração espacial da variável de
entrada  em geral, utilizam somente o tempo como
variável independente
Distribuído  variáveis e parâmetros do modelo
dependem do espaço e/ou do tempo
Classificação dos modelos
Concentrados x distribuídos
A Q

q
t x
y
Q   Q2 
  gA  gASf  0
 
t x  A 
x
dS
 IQ
dt
Classificação dos modelos
Concentrado
Distribuído por sub-bacias (semi-distribuídos)
Distribuído por módulos ou células
Classificação dos modelos
Uni, bi, tridimensionais
Quasi-2D (modelos de
células)  interpreta a
realidade de forma
bidimensional, mas as
equações solucionadas de
forma unidimensional
Classificação dos modelos
Estocástico x determinístico
Chance de ocorrência das
variáveis envolvidas no
processo é ignorada, e o
modelo segue uma lei
definida que não a lei das
probabilidades
Chance de ocorrência das variáveis é levada
em conta  conceito de probabilidade é
introduzido na formulação do modelo
Classificação dos modelos
Variável de entrada de um sistema é aleatória  variável de
saída também será aleatória, mesmo se o sistema for
determinístico ou representado por um modelo
determinístico
Exemplo: a vazão de entrada e saída de um reservatório:
variáveis aleatórias, mas a determinação da vazão de saída
com base na de entrada e nas características do reservatório
é um processo determinístico bem conhecido.
Classificação dos modelos
Caos  sistema com comportamento aparentemente aleatório também
pode ser determinístico.
Sistema não-linear e altamente dependente das suas condições iniciais 
resposta com características de uma variável aleatória  pode passar
pelos testes estatísticos e estocásticos.
Na literatura  caos determinístico
1 .2
x (k+1) = r.x(k).[1 - x(k)]
1
0 .8
x
0 .6
0 .4
0 .2
0
0
Valores da função para:
curva cheia r = 2,5 e xo = 0,1
5
10
15
20
k
curva pontilhada r = 3,95 e xo= 0,8
25
30
Classificação dos modelos
Conceitual e Empírico
Conceitual  as funções utilizadas na sua elaboração levam
em consideração os processos físicos
Empírico ou "caixa-preta"  ajustam-se os valores calculados
aos dados observados, através de funções que não têm
nenhuma relação com os processos físicos envolvidos
Chlo a = 2,318.ln(P)
R2=0,97
Chlo
Peixes
Zoo
Fito
NO3
NH3
PO4
Porg
(a)
Norg
(b)
P
Classificação dos modelos
Exemplo de modelo conceitual
dS
 I  Q Equação da continuidade
dt
S  K Q
Relação entre volume e saída
Derivando a segunda equação e substituindo na
primeira, resulta a equação diferencial do modelo
onde K é o parâmetro, Q a variável
dQ
K
 Q  I dependente e de saída e I a variável
dt
de entrada
Classificação dos modelos
Segundo a aplicação dos modelos
Modelos de comportamento  descrever o
comportamento de um sistema  prognosticar a
resposta de um sistema sujeito a diferentes
entradas ou devido a modificações nas suas
características
Modelos de otimização  preocupados com as
melhores soluções, a nível de projeto, de um sistema
específico
Modelos de planejamento  simulam condições
globais de um sistema maior.
Classificação dos modelos
Nome
Precipitação-Vazão
Tipo
determinístico;
empírico;
Conceitual
Vazão-Vazão
determinístico:
empírico;
conceitual
estocástico
Geração estocástica
de vazão
Fluxo saturado
Estrutura
Comportamento
determinístico
Hidrodinâmico
determinístico
Qualidade de Água
de rios e
reservatórios
Rede de canais e
condutos
operação de
reservatórios
planejamento e
gestão de sistemas
múltiplos
determinístico
determinístico
estocástico,
determinístico
estocástico,
determinístico
Comportamento e
otimização
Comportamento,
otimização e
planejamento
Características
calcula a vazão de uma bacia
partir da precipitação
Usos
a extensão de séries de vazão;
dimensionamento; previsão em
tempo atual, avaliação do uso
da terra
calcula a vazão de uma seção a extensão de séries de vazões;
partir de um ponto a montante
dimensionamento; previsão de
cheia
calcula a vazão com base nas dimensionamento do volume
características da série histórica
de um reservatório
determina o movimento, vazão
capacidade de bombeamento;
potencial de águas subterrâneas à nível do lençol freático;
partir de dados de realimentação, iteração rio-aqüífero,etc
bombeamento,etc
sintetiza vazões em rios e rede de simulação de alterações do
canais
sistema; efeitos de escoamento
de jusante
simula a concentração de
impacto de efluentes;
parâmetros de qualidade da água eutrofização de reservatórios;
condições ambientais
otimiza o diâmetro dos condutos e rede abastecimento de água;
verifica as condições de projeto
rede de irrigação
determina a operação ótima de
usos múltiplos
sistemas de reservatórios
simula condições de projeto e
Reservatórios, canais, estações
operação de sistemas (usa vários
de tratamento, irrigação,
modelos)
navegação fluvial, etc
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Floração de
cianobactérias
Extensão de
Séries hidrológica
Regime
hidrológico
Eutrofização
Cheias
Problemas em
Hidrologia
Planejamento
Usos da água
Estados
alternativos
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Simplificações e formulação de hipóteses
Quais são
as
hipóteses?
Quais são
as
variáveis?
Quais são
os
processos?
Essa é a
minha
proposta!
Etapas da Modelagem
Simplificações e formulação de hipóteses
Interações entre elas
Modelo conceitual
Variáveis de estado
Escolher um modelo como uma taxa de produção constante
de biomassa? Ou outro que leva em conta vários fatores
(temperatura, disponibilidade de nutrientes, ....)?
Etapas da Modelagem
Simplificações e formulação de hipóteses
Produção
Luz

2,781 f  e1  e2
L 
ke  H
Temperatura

T  Gmax  TT20

 P
cons

teN

Ttan
PP
LT
TN
Taxa constante
Nutrientes
N 
N
kN  N
Etapas da Modelagem
Simplificações e formulação de hipóteses
Diferença entre a solução
real e a modelada
Nº ótimo de
parâmetros
Nº de
parâmetros
Complexidade
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
As Leis da Natureza!
Modelos Qualidade Água e
Hidrodinâmica
Derivado aplicação Leias de
Conservação
Propriedades conservativas intrínsecas
internas
momentum, calor energia, massa água,
massa contaminantes
Prediz:
Conservação de Energia
Balanço Calor e Evaporação
Relações de mistura
Conservação de Massa
Massa água na hidrodinâmica e transporte
Massa materiais dissolvidos ou suspensos na água
Balanço massa expandido para incluir mudanças
cinéticas
Conservação de Momento
Água: movimento
Água: Fluxo
Mudanças em propriedades
conservativas;
Mudanças estado sistema resulta de
Acumulação Líquida = Transporte Fonte/Sumidouro (transformações)
mudanças em uma ou mais
propriedades intrínsecas.
Fluxo Propriedades Conservativas
devido movimento água (advecção,
mistura turbulenta, difusão)
Funções Forçantes
Etapas da Modelagem
Dedução do modelo matemático
Interações entre elas
Modelo
conceitual
Interações ou
processos entre
as variáveis 
equações
Variáveis de estado
 A
dA
A

 rA 1    g z Z 
dt
K

 A  ha

  produção consum o

 A
dZ
 e z g z Z 
dt
 A  ha

  m z Z  crescim ento  m ortalidade

Etapas da Modelagem
Dedução do modelo matemático
 A
dA
A

 rA 1    g z Z 
dt
K

 A  ha

  produção consum o

 A
dZ
 e z g z Z 
dt
 A  ha
Parâmetro
Descrição
R

  m z Z  crescim ento  m ortalidade

Valor
Unidade
Taxa de crescimento do fitoplâncton
0,5
dia-1
K
Capacidade máxima de biomassa algal
10
mg.l-1
gz
Taxa de consumo algal pelo zooplâncton
0,6
dia-1
Há
Coeficiente de meia-saturação para o consumo de algas
0,4
mg.l-1
ez
Eficiência de conversão de biomassa algal para zooplanctônica
0,6
-
mz
Taxa de mortalidade do zooplâncton
0,15
dia-1
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Resolução do problema
Solução das equações diferenciais através de um
método numérico
Euler
Runge-Kutta
Métodos
analíticos
Método dos
Coeficientes
Não-determinados
Transformadas
de
Laplace
Diferenças
finitas
Elementos
Finitos
Métodos
numéricos
Elementos
de contorno
Etapas da Modelagem
Resolução do problema
Método numérico
Discretização espacial
y
Discretização temporal
x
Etapas da Modelagem
Resolução do problema
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Etapas da Modelagem
Medindo a chuva
Pluviômetro
Fonte : Sabesp
Etapas da Modelagem
Pluviógrafo – pluviômetro de caçamba ou de báscula
Etapas da Modelagem
Pluviógrafo – pluviômetro de caçamba ou de báscula
https://youtu.be/_W47TLX_7eQ
Etapas da Modelagem
Pequenos rios
Vazão x velocidade
Rios maiores
Medição embarcada
Medição a partir de cabos
Medição a partir de pontes
Etapas da Modelagem
Medindo o escoamento
A curva chave
Etapas da Modelagem
Posto Fluviográfico
Etapas da Modelagem
Monitoramento
Limnígrafo
com
Tubulão
Instalado
no Curso
D’Água
Etapas da Modelagem
Sensor de Nível
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Perfilador e Sonda -YSI
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Hiperespectral -TriOS
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Mini-ADP – Sontek
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
CDOM/Chl/Phyc - WETLabs
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Auto Amostrador - ISCO
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
FlowCAM
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Net Radiómetro - Kipp & Zonen
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
Etapas da Modelagem
ECOMapper (heterogeneidade espacial)
High-Resolution Water Quality and Bathymetry Mapping
Etapas da Modelagem
Definição do problema
Simplificação e
formulação de hipótese
Dedução do modelo
Resolução do problema
Calibração e validação
Aplicação do modelo
Etapas da Modelagem
Simulação  processo de utilização do modelo. Na simulação existe, em
geral, três fases que são classificadas como estimativa ou ajuste,
verificação e previsão.
Estimativa ou ajuste dos parâmetros  fase onde os parâmetros devem
ser determinados.
Verificação  simulação do modelo com os parâmetros estimados onde se
verifica a validade do ajuste realizado.
Previsão (predição, prognóstico)  simulação do sistema pelo modelo com
parâmetros ajustados para quantificação de sua respostas a diferentes
entradas
Modelo
Dados de
entrada
Parâmetros
Dados de saída
Estimativa
(ajuste)
Existem Uso
x
x
?
x
?
x
Verificação
Existem
x
x
x
*Uso: indica se a informação é utilizada na simulação.
Uso
x
x
?
Previsão
Existem
x
Uso
x
x
?
x
?
Etapas da Modelagem
Tipos de ajuste
Estimativa sem dados históricos  pode-se estimar os
valores dos parâmetros baseando-se em informações das
características físicas do sistema
Por tentativas  com valores das variáveis de entrada e
saída, obtêm-se os parâmetros por tentativas. A cada
tentativa o próprio usuário adota novos valores
Por otimização  semelhante ao anterior, mas por métodos
matemáticos  otimiza-se uma função objetivo que retrata a
diferença entre os dados observados e calculados pelo modelo
Amostragem  os valores dos parâmetros são obtidos
através de medições específicas no sistema
Etapas da Modelagem
verificação
 fase da simulação em que o modelo,
calibrado anteriormente, é verificado com outros dados.
Observado
Calculado
A
Período de calibração
Período de validação
O modelo foi calibrado com dados representativos?
Etapas da Modelagem
Dado
Etapa
Ajuste (calibração)
Verificação
Aplicação
Entrada
Parâmetro
Saída
Existe
?
Existe
Existe
Existe
Existe ?
Existe
Existe
?
As fases de verificação e ajuste devem ser
realizadas “olhando” para a aplicação 
evitar tendenciosidade
Aplicar aqui
Exemplo (tendenciosidade) 
Ajustar aqui
Etapas da Modelagem
Previsão e aplicação
• Os limites de uso das fases anteriores devem respeitar a etapa de
aplicação do modelo
• a fase de aplicação pode sofrer correções para compatibilizar com
este cenário
• o ajuste parte do princípio de estacionariedade. Caso isto não ocorra
o modelo deve permitir sua adaptabilidade aos novos cenários.
A
B
oceano
Etapas da Modelagem
Aplicação
Avaliação e equacionamento:
definição
do problema, objetivos e justificativa
Representação do sistema: escolha dos
modelos para atender os objetivos
Modelo
Coleta e
análise dos
dados e
parâmetros
Modelos:
•hidrológicos
•hidráulicos
•meio ambiente
•planejamento
Técnicas matemáticas
•métodos numéricos
•otimização
•estatística
•geoprocessamento
Simulação
Análise
Econômica
Social e
Ambiental
Ajuste e
Verificação
Previsão dos
cenários
Tomada de
Decisão
Aplicação dos modelos
Escala dos processos na bacia
Aplicação dos modelos
Tipos de usos
•Extensão de séries hidrológicas;
•planejamento e projeto de sistemas hídricos
•previsão tempo real
•avaliação do impacto das modificações dos
sistemas hídricos
• impacto das mudanças climáticas
Aplicação dos modelos
Áreas de aplicação
• Usos dos recursos hídricos: abastecimento
de água, energia, irrigação, navegação,etc
• impactos sobre a população: controle de
inundações
• impactos no meio ambiente: desmatamento,
qualidade da água, etc.
Evolução do modelos hidrológicos
• Início com o computador e década de 1950
– Muitos dados para processamento, mas
ferramentas rudimentares
• os modelos distribuídos na década de 1970 1980
• Evolução com o GIS e a integração espacial
com a modelagem física
• Limitação da escala
• A relação dos modelos hidrológicos e
meteorológicos
• Sistemas inteligentes
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
1925-1960 (Streeter-Phelps)
Problemas: efluentes primários e não tratados
Poluentes: DBO/OD
Sistema: rios e estuários (1D)
Cinéticas: linear
Soluções: analíticas
1960-1970 (computacional)
Problemas: efluentes primários e não tratados
Poluentes: DBO/OD
Sistema: rios e estuários (1D / 2D)
Cinéticas: linear
Soluções: analíticas e numéricas
Reaeração
DBO
OD
P R ODsed
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
Peixes
1970-1977 (Biologia)
Problemas: eutrofização
Poluentes: nutrientes
Sistema: rios, lagos e estuários (1D / 2D / 3D)
Cinéticas: não-linear
Soluções: numéricas
Zoo
Fito
1977- hoje (Tóxicos)
Problemas: tóxicos
Poluentes: orgânicos e metais
Sistema: interações água-sedimento
Interações da cadeia alimentar (1D / 2D / 3D)
Cinéticas: não-linear
Soluções: numéricas e analíticas
Sólidos
NO3
NH3
PO4
Porg
Norg
Tóxicos
Biota
Água
intersticial
Bentos
água
sedimento
Sólidos
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
Impulso de Sensoriamento Remoto e SIG
• Na década de 1990  os avanços de modelos distribuídos
na escala da bacia hidrográfica (meso escala)
– avanços importantes
• uso do geoprocessamento  permitiu a identificação
espacial das variáveis de entrada e de atributos
físicos das bacias, também utilizada nos citados
modelos no parágrafo anterior
• uso de incerteza na estimativa de parâmetros mas
sensíveis
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
Desafios no desenvolvimento de modelos chuvavazão
• Conceitualmente o desafio sempre foi muito grande 
alguns fatores:
– como representar um processo que observamos a nível
pontual, para uma escala espacial de milhares de
quilômetros quadrados?
– como representar a irregularidade da natureza na forma
de variáveis e parâmetros que representem de forma
adequada os principais processos quantitativos e
qualitativos?
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
Desafios no desenvolvimento de modelos chuvavazão
– como diminuir a incerteza das estimativas das variáveis
hidrológicas e dos parâmetros de vários sub-modelos,
quando existem apenas a variável observada de entrada
(precipitação e evapotranspiração) e de saída (vazão ou
nível) de uma bacia?
– como amostrar elementos da bacia que permita avaliar o
comportamento hidrológico a partir de visita ao campo
(como outras ciências fazem)?
Evolução do modelos hidrológicos
Histórico de desenvolvimento
Presente - futuro
• Ainda os computadores:
•
•
•
•
•
•
Processamento paralelo
Interação com SIG
Usuário (interface)
Sistemas de Suporte à Decisão
Ciclos biogeoquímicos
Organismos Aquáticos
Cuidados no uso dos modelos
O modelo deve ser visto como uma ferramenta
não um objetivo
Se é possível medir as variáveis hidrológicas
por que necessito do modelo?
Se eu disponho de um modelo por que
necessito medir a vazão de um rio ou outras
variáveis hidrológicas?’
Cuidados no uso dos modelos
• As limitações básicas dos modelos
hidrológicos são a quantidade e a qualidade
dos dados hidrológicos, além da dificuldade
de formular matematicamente alguns
processos e a simplificação do
comportamento espacial de variáveis e
fenômenos
• Nenhuma metodologia cria informações
apenas explora melhor os dados existentes
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Modelos Hidrológicos