Previsão em tempo atual de cheias com uso de sistema especialista difuso

Sistemas de previsão de cheias podem ser adequadamente utilizados quando o alcance é suficiente, em comparação com o tempo necessário para ações preventivas ou corretivas. Além disso, são fundamentalmente importantes a confiabilidade e a precisão das previsões. Previsões de níveis de inundação são sempre aproximações, e intervalos de confiança não são sempre aplicáveis, especialmente com graus de incerteza altos, o que produz intervalos de confiança muito grandes. Estes intervalos são problemáticos, em presença de níveis fluviais muito altos ou muito baixos. Neste estudo, previsões de níveis de cheia são efetuadas, tanto na forma numérica tradicional quanto na forma de categorias, para as quais utiliza-se um sistema especialista baseado em regras e inferências difusas. Metodologias e procedimentos computacionais para aprendizado, simulação e consulta são idealizados, e então desenvolvidos sob forma de um aplicativo (SELF – Sistema Especialista com uso de Lógica “Fuzzy”), com objetivo de pesquisa e operação. As comparações, com base nos aspectos de utilização para a previsão, de sistemas especialistas difusos e modelos empíricos lineares, revelam forte analogia, apesar das diferenças teóricas fundamentais existentes. As metodologias são aplicadas para previsão na bacia do rio Camaquã (15543 km2), para alcances entre 10 e 48 horas. Dificuldades práticas à aplicação são identificadas, resultando em soluções as quais constituem-se em avanços do conhecimento e da técnica. Previsões, tanto na forma numérica quanto categorizada são executadas com sucesso, com uso dos novos recursos. As avaliações e comparações das previsões são feitas utilizandose um novo grupo de estatísticas, derivadas das freqüências simultâneas de ocorrência de valores observados e preditos na mesma categoria, durante a simulação. Os efeitos da variação da densidade da rede são analisados, verificando-se que sistemas de previsão pluvio-hidrométrica em tempo atual são possíveis, mesmo com pequeno número de postos de aquisição de dados de chuva, para previsões sob forma de categorias difusas.

Otimização da operação de um reservatório para controle de cheias com base na previsão de vazão

No presente trabalho foram avaliados os benefícios da previsão de vazão afluente de curto e longo prazo, na operação de um reservatório com dois usos conflitantes: geração de energia e controle de cheias. A simulação da operação do reservatório foi realizada com base em dois tipos de modelos para avaliar os benefícios da previsão. Um modelo de operação sem previsão e outro com previsão de vazão afluente, este último desenvolvido no presente trabalho. Regras de operação simples, na forma de curvas-guia lineares, foram utilizadas nos casos de operação com e sem previsão de vazões afluentes. As curvas-guia foram otimizadas através de uma técnica de parametrização, simulação e otimização utilizando um algoritmo evolutivo semelhante a um algoritmo genético. Como base para as análises foram utilizados dados relativos ao reservatório de Três Marias, no Rio São Francisco, principalmente pela disponibilidade de previsões reais de vazão de curto prazo a partir de um trabalho prévio. Essas previsões reais de vazão foram calculadas através de um modelo hidrológico distribuído que utiliza como dados de entrada, previsões de chuva do modelo atmosférico regional ETA. Para avaliar o potencial benefício das previsões de vazão na operação do reservatório, foram realizados testes considerando às vazões afluentes observadas como “previsões perfeitas de vazão”. Os resultados com previsões perfeitas de vazão mostram que pode haver um benefício relativo (incremento na geração de energia) de aproximadamente 8% (cerca de 4,77 milhões de dólares anuais), se forem utilizadas previsões de vazão de longo prazo com dois meses de antecedência, e se a operação for planejada com essa mesma antecedência. A operação baseada em previsões de prazos ou horizontes mais curtos apresenta benefícios inferiores, mas ainda assim significativos. Por exemplo, a previsão perfeita com freqüência semanal e horizonte de 12 dias pode trazer um benefício de aproximadamente 4,45% (cerca de 2,75 milhões de dólares anuais). Esses benefícios foram obtidos com o mesmo desempenho no controle de cheias. Posteriormente, foram realizados testes utilizando as previsões reais de vazão. Os benefícios obtidos com as previsões reais de curto prazo são inferiores aos benefícios obtidos com as previsões perfeitas de curto prazo, como era esperado. Entretanto, com as previsões reais de vazão, foram obtidos benefícios superiores a 50% dos que seriam esperados com a previsão perfeita (vazões observadas). Os resultados obtidos são promissores e mostram que há vantagens evidentes na utilização de previsões de chuva para se obter previsões de vazão na operação de reservatórios com usos múltiplos, quando também é associada à otimização sistêmica de um aproveitamento hidrelétrico.

Efeito dos microrreservatórios de lote sobre a macrodrenagem urbana

Infelizmente os problemas relativos a recursos hídricos, conseqüentes do crescimento urbano desordenado têm ocupado, com uma freqüência cada vez maior, a manchete dos noticiários. A impermeabilização das superfícies vem provocando o aumento das enchentes nas cidades, e a população é a principal vítima de suas ações. Para contornar os problemas relativos aos alagamentos de uma maneira sustentável, o enfoque adotado é a solução dos problemas o mais próximo possível de sua origem. Uma medida sugerida é o controle das vazões na saída dos lotes, através de microrreservatórios de detenção. No entanto, pouco se sabe sobre a ação distribuída dos microrreservatórios na bacia. A partir da constatação desta falta de informação, este trabalho buscou avaliar o efeito do controle na fonte, através da utilização do microrreservatório de lote, sobre a macrodrenagem urbana. Para isso, optou-se pela montagem de uma bacia hipotética, cujas superfícies de escoamento foram representadas em detalhe (telhado, calçada, rua, jardim, microrreservatório, etc.), e através de simulações numéricas avaliou-se o impacto com a utilização dos microrreservatórios. Foram dimensionados microrreservatórios para várias combinações de TRs e vazões de descarga, e testados na bacia. Foi possível obter níveis de eficiência na bacia na ordem de 50 a 70%, de acordo com a vazão na saída dos lotes, e verificou-se que ao fixar até 3 vezes a vazão de pré-urbanização na saída do lote é possível obter uma eficiência da mesma ordem daquela obtida ao controlar a vazão de pré-urbanização. A vantagem obtida ao permitir maiores vazões na saída dos lotes é o aumento do diâmetro do descarregador de fundo, que para as vazões menores resultaram muito pequenos, e possivelmente inviáveis em uma situação real. Uma análise econômica foi realizada, a partir dos critérios de dimensionamento usados para os microrreservatórios e redes de drenagem, na tentativa de encontrar evidências indicando uma alternativa de projeto eficiente e ao mesmo tempo econômica. A análise mostrou que o custo global (microrreservatórios + redes) pode ser, em alguns casos, maior que o custo de implantação de uma rede de drenagem sem microrreservatórios. No entanto, para as vazões de restrição maiores (3 a 5 vezes a vazão de pré-urbanização) a diferença diminuiu. Portanto, desde que haja capacidade na rede coletora, a utilização de vazões de restrição em torno de 3 vezes a vazão de préurbanização parece ser a alternativa mais adequada.

Estudo experimental de trincheiras de infiltração no controle da geração do escoamento superficial

A crescente urbanização observada nas últimas décadas tem sido acompanhada por problemas relacionados a quase todos aspectos da infra-estrutura urbana. No que se refere à drenagem pluvial, a situação não é diferente. A impermeabilização gerada pelo processo de urbanização faz com que os hidrogramas se tornem progressivamente mais críticos, com maiores volumes escoados, maiores vazões de pico e menores tempos de escoamento. Agravando esta situação, o sistema tradicional de drenagem, baseado na máxima “pegar e largar depressa”, busca a eliminação da água, o mais rápido possível, através de galerias, condutos enterrados e canalizações, significando, muitas vezes, a simples transferência da cheia para as seções de jusante. A solução clássica para o problema das cheias baseiase na ampliação do sistema e/ou aumento da eficiência das redes, com custos geralmente elevados. Este trabalho apresenta um estudo experimental efetuado em trincheiras de infiltração, dentro de uma filosofia compensatória dos efeitos da urbanização. Esses dispositivos se inserem dentro de um conceito ambiental da drenagem urbana, onde se busca não mais a eliminação da água o mais rapidamente possível, mas sua valorização dentro do espaço urbano, através de dispositivos bem integrados e, preferencialmente, multifuncionais. Duas trincheiras de infiltração foram instaladas e monitoradas em uma área do IPH-UFRGS. A implantação das trincheiras baseou-se na adaptação, para as condições brasileiras, de técnicas descritas na literatura, principalmente no que se refere aos métodos construtivos e materiais utilizados, assim como aos métodos e critérios de utilização e dimensionamento. Durante o período de monitoramento e análise de dados, foram avaliados e discutidos aspectos relacionados a: condições de funcionamento, tais como magnitude do evento pluviométrico e condições antecedentes de umidade do solo; eficiência dos dispositivos; ocorrência de escoamento preferencial; custos; limitações de aplicação. Aspectos relacionados ao funcionamento do dispositivo ao longo do período de monitoramento são também discutidos, buscando avaliar seu desempenho a longo prazo, apesar do curto período de observação. Adicionalmente, um modelo numérico de simulação do funcionamento quantitativo de dispositivos de infiltração foi testado (modelo de Bouwer), sendo sugeridas modificações para torná-lo mais abrangente. As duas trincheiras mostraram-se eficientes, controlando 100% do volume escoado, mesmo para eventos de período de retorno superiores aos de projeto. Verificou-se que a metodologia de projeto gera super-dimensionamento das estruturas e que as condições iniciais de umidade do solo e as características dos eventos são fatores determinantes para seu funcionamento. Durante os 33 meses de observação da trincheira I e os 6 meses da trincheira II, não houve alterações significativas do funcionamento. Os eventos monitorados na trincheira I indicam a ocorrência de escoamento preferencial. Um ensaio destrutivo reforçou esta hipótese, além de mostrar acentuado grau de colmatação da primeira camada, em função do excessivo aporte de material em suspensão. Recomendações para utilização deste tipo de solução são apresentadas, visando estimular seu uso.

Análise dos principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado do Taim (RS)

Os ecossistemas conhecidos como banhados são corpos d’água rasos de grande importância ecológica, embora apenas recentemente isso começou a ser reconhecido. Além de servirem de habitat para uma diversidade de espécies de seres vivos e constituírem áreas de transição entre ambientes aquáticos e terrestres, os banhados ainda são responsáveis pela atenuação de cheias, melhoria da qualidade da água e recarga/descarga de águas subterrâneas. Ao lado da oscilação natural do nível da água, conhecido como hidroperíodo, a circulação da água desempenha um papel de fundamental importância na estrutura e no funcionamento dos banhados. Tais ecossistemas são caracterizados por pequenas lâminas d’água e pela grande presença de macrófitas aquáticas, que são sensíveis a alterações no nível e no padrão de circulação da água. Isso tem ocorrido no banhado do Taim (RS), objeto deste estudo, em decorrência da ação antrópica, como a captação de água para orizicultura e a operação das comportas de saída para a lagoa Mirim. Neste trabalho, aplicou-se um modelo hidrodinâmico bidimensional horizontal (modelo IPH-A), associado a um algoritmo de secagem/inundação, ao sistema formado pela lagoa Mangueira e pelo banhado do Taim, procurando analisar os principais fatores intervenientes no comportamento hidrodinâmico do banhado. Foram avaliados os efeitos decorrentes da ação de cisalhamento do vento na superfície da água, da resistência ao escoamento e da proteção contra a ação do vento proporcionados pelas macrófitas aquáticas e a interação com a lagoa Mangueira. A resistência da vegetação ao escoamento foi representada na modelagem pela adoção de um coeficiente de Manning superior ao das áreas consideradas sem vegetação e, para representar o efeito protetor contra a ação do vento, considerou-se uma redução da tensão de cisalhamento na superfície da água nas áreas com vegetação. Verificou-se, através das simulações numéricas, que os fatores analisados têm papel fundamental sobre a hidrodinâmica do Taim, estando fortemente associados entre si. Em particular, os resultados mostraram que a distribuição espacial da vegetação norteia o padrão geral da circulação da água no banhado e sua ocorrência, principalmente na interface com a lagoa, diminui a influência desta sobre o Taim, significativamente. Outro fato relevante é que, conforme o nível da água, diferentes regiões do banhado ficam secas, resultando padrões hidrodinâmicos distintos, que também diferem quanto à influência que sofrem do vento e da lagoa Mangueira.

Estudo hidrodinâmico e correlação com sólidos suspensos e turbidez na lagoa Itapeva do litoral norte do estado do Rio Grande do Sul

A lagoa Itapeva no litoral norte do Rio Grande do Sul apresenta significativas reações hidrodinâmicas ao regime dos ventos e às cheias rápidas geradas pelos seus tributários da Serra do Mar, principalmente o rio Três Forquilhas. Os primeiros registros do monitoramento hidrometeorológico realizados na lagoa indicaram a reação rápida às rajadas de vento, provocando o que se denomina seiche: oscilações dos níveis d’água entre os extremos norte e sul da lagoa. Simulações com um modelo matemático hidrodinâmico bidimensional horizontal conseguiram reproduzir este fenômeno e elaborar o cálculo da síntese das velocidades e suas direções. Com isso, foi possível confirmar a complexidade da circulação interna da lagoa e apontar diferenças de comportamento principalmente entre as regiões sul, centro e norte. Foram analisadas as variáveis ambientais de sólidos suspensos e turbidez, selecionadas por exercerem influência nos fatores físicos, químicos e biológicos. Os resultados hidrodinâmicos de níveis e velocidades da água, gerados pelo modelo para os pontos de coleta, foram utilizados como base para o estudo de variações ambientais. Quando não foi possível estabelecer uma associação entre sólidos suspensos e turbidez, fez-se uso de outra variável hidrodinâmica, ligada às ondas, que não é simulada pelo modelo. A altura de onda calculada em função do vento foi essa terceira variável explicativa. As variáveis hidrodinâmicas explicaram de 70% a 95% das variações ambientais para cada campanha ao se utilizar valores médios de quatro horas. Ao se considerar toda a lagoa e todos os períodos de campanha chegou-se a 68% para turbidez e 49% para sólidos suspensos. O estudo hidrodinâmico e ambiental foi capaz de avaliar que a variação do nível de água em função dos aportes de água é lenta quando comparada à modificação dos níveis e às seiches criadas pelo efeito do vento sobre a lagoa e que estas variações de níveis e de velocidades têm importância significativa na variabilidade das variáveis ambientais: sólidos suspensos e turbidez.

Previsão de vazão em tempo real no rio Uruguai com base na previsão meteorológica

A operação de reservatórios para geração de energia, ou controle de cheias é definida em função dos volumes afluentes que são resultantes das chuvas que ocorrem sobre a bacia. Devido à aleatoriedade e às próprias incertezas envolvidas na ocorrência das precipitações e vazões; a produção de energia, a segurança das barragens e o controle das cheias à montante e jusante ficam comprometidas. Para que as incertezas sejam reduzidas é necessário o aprimoramento das previsões de vazões de afluência em tempo real. A previsão em tempo real pode se realizada com base na vazão de postos de montante e jusante, na precipitação observada e, ou, na precipitação prevista. A previsão de precipitação é necessária para aumentar a antecipação da previsão e melhoria de resultados para tempos futuros além do tempo de concentração da bacia. Esta pesquisa tem como objetivo a avaliação do ganho da previsão de vazão com uso integrado de previsão de precipitação através de uso de um modelo meteorológico regional (meso-escala) com um modelo hidrológico distribuído. Os resultados do modelo meteorológico regional foram fornecidos pelo Laboratório de Planejamento Energético (LabPlan) da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), onde está sendo utilizado, de forma operacio nal, o Modelo Numérico Regional ARPS (Advanced Regional Prediction System). O modelo hidrológico de transformação chuva-vazão utilizado é um modelo distribuído com discretização em módulos para grandes bacias - MGB (Modelo de Grandes Bacias). O estudo de caso foi realizado na bacia do rio Uruguai até a Usina Hidrelétrica de Machadinho, cuja área de drenagem é de, aproximadamente, 32.000 km2. Diversos cenários de previsão foram simulados. Para o período de 2001 e 2002 foi feita a análise das previsões de eventos isolados, segundo a disponibilidade de dados de previsão meteorológica. Para o período de 2003, durante 6 meses, foi feita a análise das previsões contínuas. Para este período, através de algumas estatísticas, avaliou-se o ganho hidrológico obtido, em termos de vazão prevista com utilização do modelo hidrológico chuva -vazão considerando chuva futura zero e considerando a previsão da chuva com modelo meteorológico regional. Para o período de 2001 a 2003 avaliou-se, também, a importância da rede de pluviógrafos para previsão em tempo real. Formas de atualização simples das variáveis de estado foram testadas e mostraram significativa melhora das previsões. Os resultados da previsão por eventos mostraram ganhos significativos na previsão de vazão quando a previsão de chuva foi incorporada. Já no período de previsão contínua o mesmo não foi observado, porém este período foi bastante seco com poucos eventos de cheia prejudicando a análise do uso das previsões de chuva no modelo hidrológico para previsão. A análise da importância da rede de pluviógrafos destacou a região sul da bacia como a região mais importante em termos de geração de escoamento rápido ao reservatório de Machadinho. Além disso, uma análise simplificada mostrou que uma rede de pluviógrafos distribuídos na bacia, segundo as recomendações da Organização Meteorológica Mundial (OMM), poderia reduzir em aproximadamente 25% o erro padrão nas previsões de vazão com 12 horas de antecedências em Machadinho.

Enchentes, fenômenos cíclicos?

Este estudo foi realizado a partir da observação de uma sucessão de enchentes ocorridas entre os anos de 1936 a 1997, na cidade de Camaquã/RS. Diante da constatação da ocorrência destes fenômenos, fez-se necessário a realização de um estudo mais detalhado e de cunho científico das prováveis causas destas ocorrências. Aliado a isto, foi constatado que as providências adotadas pelas autoridades competentes, tanto da parte técnica quanto das ações políticas, não obtiveram resultados satisfatórios. Visando esclarecer a comunidade local à questão das enchentes do ponto de vista técnico, este estudo apresenta propostas de transformação futura dessa questão por meio de informação, do planejamento participativo, pela consolidação das organizações sociais e por uma nova mentalidade face à água. Partindo-se da experiência de casos similares, procurou-se caracterizar e avaliar os impactos causados pelas enchentes, tendo como objetivos: a elaboração de um mapa de riscos, a definição da cota máxima e mínima das inundações, propor ações mitigadoras frente aos desastres, fornecer subsídios para atualização do Plano Diretor Urbano e auxiliar a Defesa Civil na elaboração de um plano de ação para situações de calamidades públicas, assim como também demonstrar que a ocupação desordenada de áreas urbanas compõe parte das causas das inundações O processo de investigação foi desenvolvido de uma forma empírica, onde a metodologia foi sendo criada pela observação da ocorrência de cheias in loco, auxiliada por levantamentos fotográficos, entrevistas junto a comunidade e análise de documentação histórica que comprovasse tais fenômenos. O plano de pesquisa foi criado a partir da constatação da necessidade de haver um gerenciamento adequado para a questão das inundações dentro do perímetro urbano, através de respostas que fossem convincentes e tecnicamente corretas.Por meio da utilização de levantamentos planialtimétricos elaborou-se um mapa onde foram identificadas áreas de risco em diferentes bairros de Camaquã, fazendo-se também a simulação do avanço da lâmina d’água dentro do perímetro urbano. Os aspectos da hidrogeologia local, caracterizados pelas bacias de contribuição do Arroio Duro, tiveram importância decisiva no desenvolvimento deste estudo, assim como também a análise das questões ambientais, dos problemas de drenagem urbana e de infraestrutura. Apresenta-se um conjunto de propostas que visam minimizar os impactos causados pelas enchentes por meio de ações preventivas, definindo cotas mínimas de alagamentos e identificando áreas de risco dentro do perímetro urbano, assim como, também, alternativas de moradias em áreas alagadiças e um modelo de sinalização da altura da lâmina d’água. Evidenciou-se que as prováveis causas das enchentes não foram apenas influenciadas por vetores naturais, mas, também, pela interferência antrópica no ambiente natural.

Produção de quarkonium : aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD

Neste trabalho de tese investigamos o papel de dinâmica perturbativa e não-perturbativa da Cromodinâmica Quântica, a teoria das interações fortes, em processos de produção de quarks pesados e de quarkonium-estados ligados de um par de quarks pesados. Um aspecto importante na produção de quarks pesados consiste no tratamento de ordens mais altas em QCD perturbativa, que abordamos por meio de elementos de matriz QCD em segunda ordem dominante (NLO) e através de um gerador de eventos Monte Carlo, mais útil fenomenologicamente, onde a produção perturbativa de pares Q Q e obtida utilizando elementos de matriz em ordem dominante e a aproximação de chuveiros partônicos de processos em ordens mais altas. Os processos suaves formando estados ligados de quarkonium são descritos em termos do modelo de evaporação de cor (CEM), ou alternativamente através do modelo de interações suaves de cor (SCI) e do modelo da lei das áreas generalizado (GAL). Neste trabalho, calculamos as distribuições em xF e p? para o J= e 0 em hadroprodução em alvo xo e no colisionador p p do Tevatron. Outros observáveis como a seção de choque total para J= , 0 e charme aberto tamb em são reproduzidos. Além disso, extrapolamos os modelos para descrever a produção de J= e no futuro colisionador LHC, onde as taxas de produção de J= estão at e uma ordem de magnitude acima de outra predição da literatura, o qual pode implicar em J= ser um ru do não negligenciável para estudos de violação da simetria CP no LHC. Além disso, com o objetivo de descrever as taxas de produção relativas entre os vários estados de charmonium, desenvolvemos um modelo para o mapeamento do espectro contínuo de massas do par c c produzido perturbativamente, nas ressonâncias de charmonium, onde introduzimos uma correlação entre a massa invariante do par produzido perturbativamente e a massa física do estado de charmonium. Outra abordagem importante ao estudo dos aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD na produção de quarks pesados e o formalismo de fatorização k?, o qual investigamos em processos de fotoprodução de charme e bottom, com ênfase em resultados de um modelo de saturação. Efeitos de evolução DGLAP tamb em são estudados, considerando a derivada da distribuição de glíuons. Analisamos em detalhe seções de choque totais e distribuições em pT , mostrando as regiões de validade de cada descrição. Através do estudo de vários aspectos perturbativos e não-perturbativos da QCD, este trabalho de tese contribui para um melhor entendimento da conexão entre essas duas dinâmicas.

Inundações urbanas nos municípios de Pedro Osório e Cerrito - RS

As inundações urbanas têm sido objeto de pesquisa de diversas categorias profissionais, tanto a nível acadêmico como por profissionais vinculados a empresas públicas ou privadas para atender às exigências postas pela situação de calamidade frente às cheias excepcionais. Considerando a Geografia como a ciência cujo fazer encontra-se na interface das ciências sociais e das ciências da natureza, realizamos esta pesquisa com o intuito de melhor compreender a ocorrência de inundações nas cidades de Pedro Osório e Cerrito, em virtude das cheias do rio Piratini. Para a realização desta pesquisa partimos do pressuposto que um estudo no âmbito de uma bacia de drenagem deve buscar compreender sua complexa dinâmica, isto é, seus múltiplos aspectos interativos. Porém, um estudo detalhado dessa dinâmica requer a atuação de pesquisadores de várias áreas do conhecimento. Assim, optou-se por centrar o estudo dos eventos pluviais extremos que culminam em grandes inundações nas cidades de Pedro Osório e Cerrito. Os resultados obtidos permitiram realizar o zoneamento das áreas inundáveis, assim como delinear estratégias de convívio com esses eventos periódicos.