Determinación de riesgos hidrometeorológicos, implementando modelos hidrológicos (lluvia-escurrimiento) ante distintos escenarios de cambio climático. Aplicada en el municipio de General Escobedo Nuevo León, México.

Tesis (Maestría en Ciencias con Orientación en Ingeniería Ambiental) UANL, 2012.

Aplicação de modelos hidrológicos para avaliação de reservatórios de retenção e detenção combinados à obra de recuperação do canal de macrodrenagem no controle de cheias em uma bacia hidrográfica urbanizada

The aim of this paper was to evaluate the effect of retention and detention reservoirs along with the regulation in channel flow upgrade on flood for an urban watershed located at Rio Claro, SP. For this purpose, modeling and simulation techniques were applied for runoff determination and its propagation in channel. The Soil Conservation Service – SCS hydrologic model as well as Pulz and non-linear Muskingum-Cunge model were used. The software IPHS1 was applied on simulations. The results pointed out that the combination of retention increasing and detention reservoir implementation (120,000 m3, corresponding to 1.5% of the watershed area) with the streamflow upgrade (n decreasing from 0,04 to 0,02) can minimize the flood on the investigated Servidão watershed. Further, after the proposed intervention, the flood was eliminated for the investigated times of recurrence: 5, 20, 50 and 100 years. The prognostic indicated that the available area occupation had a minor effect on flow increasing due to the observed high urbanization.

Incorporação de incertezas associadas à predição de modelos hidrológicos aos instrumentos de gestão em recursos hídricos

Water management has in the watershed plans an important tool to plan the territory and adjust the activities develop over it to the natural resources availability. The incorporation of uncertainty analysis associated with hydrological modelling predictions is a manner to simulate scenarios and work with chances and probabilities that certain events happens inside these plans. Using stochastic methods is possible to consider uncertainty from estimations and even model it. Stochastic methods developed considerably during the last 30 years, but its applications to real-world problems have been limited, and did not turn into routine in hydrology. This paper brings an overview from eminent hydrologists about this subject and discuss the Brazilian and Paulista situation in the scope of groundwater monitoring.

Modelos hidráulicos bidimensionales de lluvia directa aplicados al cálculo de eventos hidrológicos

Una de las principales preocupaciones a la hora de realizar cualquier proyecto de ingeniería es la adecuada determinación de los hidrogramas de avenida de los cursos de agua que lo afecten. Hoy en día es posible la simulación de modelos hidrológicos complejos de lluvia directa sobre malla 2D de elementos finitos, empleando los avances en cálculo vectorial que ofrece la tecnología CUDA (Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cálculo), sin la necesidad de determinar subcuencas y tránsitos (como en HEC-HMS). Con los datos que ofrecen los Modelos Digitales del Terreno GRID del PNOA español (Plan Nacional de Ortofotografía Aérea) con precisión de 5 x 5 m y las Coberturas del Terreno SIG CORINE (Coordinación de Información del Medio Ambiente), que permite la evaluación de la rugosidad del suelo, se tiene la información necesaria para construir fácilmente este tipo de modelos. En este documento se presenta un procedimiento para delimitar fácilmente los cursos de agua principales y disponer en estas zonas un tamaño más pequeño de los elementos de la malla. El método propuesto permite una mejor definición de estas áreas después de unas pocas iteraciones, acelerando por tanto el proceso de construcción del modelo sin comprometer la calidad de los resultados. Para demostrar el método, se modelizaron dos cuencas completas mediante lluvia directa sobre una malla de elementos 2D. Se ensayaron diferentes niveles de precisión (variando el número de elementos) y se incluyeron dos presas, usando los datos del Modelo Digital del Terreno del PNOA. También se completó el cálculo hidrológico de ambas mediante HEC-HMS. En primer lugar se estudió la cuenca del río Zapardiel (cuenca del Duero, con superficie total de 1.450 km2, no presenta regulación artificial, pero sí algunas áreas de almacenamiento naturales). La segunda cuenca ensayada correspondió al río Zújar (cuenca del Guadiana, con superficie total de 8.500 km2, que incluye dos grandes presas: La Serena, con una capacidad de 3.200 hm3 y el Embalse del Zújar, situado aguas abajo de la primera, con un volumen útil de 300 hm3). Los resultados confirmaron que la forma de modelizar clásica con enfoque de subcuencas y tránsitos (tipo HEC-HMS) puede ser reemplazada por simulaciones de lluvia directa sobre malla 2D, por lo tanto reduciendo la incertidumbre inherente en la estimación de tiempos de concentración de subcuencas y parámetros de tránsito. Gracias a la disponibilidad de datos públicos de GRID PNOA y cobertura del terreno CORINE, actualmente es posible construir modelos de mallas de elementos 2D para simular lluvia directa sobre cuenca sin necesidad de costosos levantamientos topográficos. Con el hardware disponible hoy en día en ordenadores de uso general, se puede establecer un límite superior razonable para mallas 2D de 4 millones de elementos, lo que permite la correcta simulación de la lluvia directa en cuencas de hasta 10.000 km2. Para cuencas más grandes, este proceso se podría aplicar de forma repetida a varias zonas más pequeñas o en sucesivas secciones de la cuenca.

Análisis del efecto laminador del cauce utilizando modelos fluviales bidimensionales

El método de Muskingum-Cunge, con más de 45 años de historia, sigue siendo uno de los más empleados a la hora de calcular el tránsito en un cauce. Una vez calibrado, permite realizar cálculos precisos, siendo asimismo mucho más rápido que los métodos que consideran las ecuaciones completas. Por esta razón, en el presente trabajo de investigación se llevó a cabo un análisis de su precisión, comparándolo con los resultados de un modelo hidráulico bidimensional. En paralelo se llevó a cabo un análisis de sus limitaciones y se ensayó una metodología práctica de aplicación. Con esta motivación se llevaron a cabo más de 200 simulaciones de tránsito en cauces prismáticos y naturales. Los cálculos se realizaron empleando el programa HEC-HMS con el método de Muskingum-Cunge de sección de 8 puntos, así como con la herramienta de cálculo hidráulico bidimensional InfoWorks ICM. Se eligieron HEC-HMS por su gran difusión e InfoWorks ICM por su rapidez de cálculo, pues emplea la tecnología CUDA (Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cálculo). Inicialmente se validó el modelo hidráulico bidimensional contrastándolo con la formulación unidimensional en régimen uniforme y variado, así como con fórmulas analíticas de régimen variable, consiguiéndose resultados muy satisfactorios. También se llevó a cabo un análisis de la sensibilidad al mallado del modelo bidimensional aplicado a tránsitos, obteniéndose unos ábacos con tamaños recomendados de los elementos 2D que cuantifican el error cometido. Con la técnica del análisis dimensional se revisó una correlación de los resultados obtenidos entre ambos métodos, ponderando su precisión y definiendo intervalos de validez para la mejor utilización del método de Muskingum-Cunge. Simultáneamente se desarrolló una metodología que permite obtener la sección característica media de 8 puntos para el cálculo de un tránsito, basándose en una serie de simulaciones bidimensionales simplificadas. De este modo se pretende facilitar el uso y la correcta definición de los modelos hidrológicos. The Muskingum-Cunge methodology, which has been used for more 45 than years, is still one of the main procedures to calculate stream routing. Once calibrated, it gives precise results, and it is also much faster than other methods that consider the full hydraulic equations. Therefore, in the present investigation an analysis of its accuracy was carried out by comparing it with the results of a two-dimensional hydraulic model. At the same time, reasonable ranges of applicability as well as an iterative method for its adequate use were defined. With this motivation more than 200 simulations of stream routing were conducted in both synthetic and natural waterways. Calculations were performed with the aid of HEC-HMS choosing the Muskingum-Cunge 8 point cross-section method and in InfoWorks ICM, a two-dimensional hydraulic calculation software. HEC-HMS was chosen because its extensive use and InfoWorks ICM for its calculation speed as it takes advantage of the CUDA technology (Compute Unified Device Architecture). Initially, the two-dimensional hydraulic engine was compared to one-dimensional formulation in both uniform and varied flow. Then it was contrasted to variable flow analytical formulae, achieving most satisfactory results. A sensitivity size analysis of the two-dimensional rooting model mesh was also conduced, obtaining charts with suggested 2D element sizes to narrow the committed error. With the technique of dimensional analysis a correlation of results between the two methods was reviewed, assessing their accuracy and defining valid intervals for improved use of the Muskingum-Cunge method. Simultaneously, a methodology to draw a representative 8 point cross-section was developed, based on a sequence of simplified two-dimensional simulations. This procedure is intended to provide a simplified approach and accurate definition of hydrological models.

Planejamento de recursos hídricos de áreas rurais degradadas: aplicação do modelo SWAT em bacia hidrográfica experimental na região Noroeste do Estado do Rio de Janeiro.

A degradação ambiental do Noroeste do Estado do Rio de Janeiro tem se intensificado nas últimas décadas devido às práticas agrícolas não preservacionistas. Esta situação, que decorre do uso inadequado do solo, tem implicado em mudanças na oferta hídrica em grau variável nos municípios da região com prejuízos econômicos nas atividades dos pequenos e médios proprietários rurais e na qualidade de vida. A abordagem para enfrentar problemas deste tipo depende da participação efetiva das instâncias de governo e dos órgãos responsáveis pela gestão dos recursos hídricos. No âmbito da hidrologia os modelos hidrológicos com base no uso e ocupação do solo são ferramentas que podem auxiliar com ótimo custo e benefício a geração de informações em bacias hidrográficas, instrumentadas ou não. Os modelos são úteis ao planejamento e à tomada de decisão por possibilitarem a previsão de vazões e simulação de cenários sobre o uso do solo e qualidade da água. Neste sentido, o presente estudo pretende dar sua contribuição ao avaliar a adequabilidade do modelo SWAT simular o processo chuva-vazão na microbacia experimental de Santa Maria e Cambiocó, com 13,5 km2, localizada na região hidrográfica do rio Muriaé, afluente do rio Paraíba do Sul. O SWAT tem sido empregado em bacias agrícolas nos EUA, na Europa e, atualmente, na China, sudeste asiático e Irã, entre outros países, e na última década maior inserção no meio acadêmico brasileiro. A versão 2005 do modelo foi utilizada por meio da sua interface SIG para simular as vazões médias diárias com base na precipitação medida no intervalo de 15 minutos no período de 2005/2006. As vazões simuladas foram comparadas com as vazões observadas no exutório da microbacia. Foram testadas as ferramentas de análise de sensibilidade e autocalibração. O método de calibração manual foi usado para o ajuste por tentativa e erro. Os parâmetros ajustados corresponderam ao CN2 e ESCO. Os valores obtidos na calibração para os coeficientes estatísticos R2, NSE, PBIAS e RSR foram 0,80, 0,80, 7,02 e 0,45, respectivamente, indicando escore muito bom, o que foi confirmado pela inspeção dos hidrogramas. As saídas validadas para período diferente da calibração forneceram para os mesmos coeficientes os valores 0,84, 0,80, 25,92 e 0,44. Os dois primeiros, com escore muito bom. O valor de PBIAS, no limite do satisfatório, e RSR, muito bom. O desempenho permitiu concluir que a simulação com o SWAT foi adequada. Em relação às pesquisas que têm sido realizadas no Brasil os valores obtidos para os indicadores foram semelhantes, indicando a capacidade do modelo para novos estudos nesta microbacia que considerem os usos consuntivos e cenários de uso do solo.

Circulación vertical del agua y su relación con la vegetación en zonas áridas y semiáridas

Los cambios de vegetación, especialmente aquellos que involucran transiciones de vegetación leñosa a herbácea afectan el ciclo hidrológico, modificando los flujos de agua y sales. En esta tesis se explora cómo la conversión de bosques semiáridos a tierras agrícolas afecta la dinámica de agua y sales en las planicies semiáridas intensamente deforestadas del centro-oeste de la región del Espinal (San Luis, Argentina). El estudio abarcó diferentes escalas espaciales (stand, paisaje y cuenca) y diferentes aproximaciones metodológicas: muestreos de la zona no saturada/saturada, modelización hidrológica, obtención de perfiles geoeléctricos, medición de caudales y análisis de imágenes e información histórica. A escala de stand, los análisis de suelo no saturado y los resultados obtenidos de los modelos hidrológicos confirmaron que los bosques semiáridos evapotranspiran prácticamente la totalidad de la precipitación anual, generando recarga nula y una elevada acumulación de sales en sus perfiles (0.15 a 9 kg/m2 hasta 6 m de profundidad), a pesar del aumento regional de las precipitaciones registrado en los últimos 50 años. En parcelas agrícolas, más de un 4 por ciento de la precipitación anual escapa del alcance y absorción de las raíces, generando recarga y lixiviación de más del 75 por ciento del stock de cloruro existente originalmente bajo vegetación natural. Estas diferencias en las tasas de recarga y acumulación de sales entre ambos tipos de vegetación se incrementaron en suelos con mayor contenido de arena (a recarga es hasta dos órdenes de magnitud superior bajo agricultura y llega hasta un 99 por ciento de lixiviación de sales). Además, la modelización hidrológica sugiere que la generación de recarga bajo agricultura durante el periodo de estudio se asoció a eventos muy intensos o años especialmente húmedos. La caracterización de la resistividad en suelos, mediante técnicas geoeléctricas a escala de paisaje, confirmaron los patrones de acumulación de agua y sales descriptos a nivel de stand para bosques y agricultura, demostrándose la utilidad de estas técnicas para el estudio de la dinámica espacial del agua y las sales, con continuidad horizontal. Finalmente, a escala de cuenca, se han registrado grandes transformaciones hidrogeomorfológicas, con fuertes disecciones en el paisaje y aparición repentina de cursos de agua, como resultado de la modificación de la condición de recarga nula y el ascenso continuado de los niveles freáticos. Estos cambios se asocian principalmente al reemplazo de los bosques nativos por cultivos anuales, acompañado por el aumento regional de las precipitaciones; mientras que la actividad sísmica se ha demostrado despreciable como agente causal de los excesos hídricos en la cuenca en estudio. Paralelamente, se ha descrito el inicio de un proceso de salinización secundaria, similar al referido como dryland salinity en paisajes agrícolas del suroeste y sur de Australia. Las estrategias de uso y/o recuperación de estas tierras incluirían la aplicación de sistemas mixtos que conserven parches de bosque natural, pasturas perennes y cultivos anuales, así como la optimización de estrategias de producción agrícola en concordancia con las condiciones climáticas imperantes en el corto plazo.

Uso de precipitação estimada pelo satélite TRMM em modelo hidrológico distribuído

A precipitação é provavelmente a variável do ciclo hidrológico que apresenta a maior variabilidade espacial. Postos pluviométricos convencionais fornecem registros válidos apenas para um pequeno entorno do instrumento. A baixa densidade de postos pluviométricos em bacias brasileiras tem sido o fator determinante nas incertezas dos resultados de diversos modelos hidrológicos que têm sido aplicados no país. Nesse contexto, estimativas espaciais de precipitação podem constituir-se em uma ferramenta extremamente útil. Essas estimativas, embora pouco precisas quando comparadas com valores pontuais medidos no solo, fornecem uma boa noção da distribuição espacial das chuvas. Neste trabalho, avalia-se em que medida as estimativas de precipitação obtidas a partir do satélite TRMM podem ser úteis quando usadas como dado de entrada do modelo hidrológico distribuído MGB-IPH, sozinhas ou associadas com os dados da rede pluviométrica. Os resultados são analisados em termos de vazão simulada, considerando que esta representa a integração de todos os fenômenos hidrológicos na bacia. Foram realizados estudos de caso na bacia do rio São Francisco até a UHE Três Marias, que conta com boa rede pluviométrica para aferir as estimativas, e na bacia do rio Tapajós, que possui baixa densidade de postos pluviométricos. O modelo alternativo, usado com estimativas de satélite, teve desempenho pouco inferior ou mesmo similar ao modelo convencional, usado com dados de pluviômetros. Além disso, os campos de precipitação obtidos por satélite são potenciais ferramentas para consistência de dados pluviométricos em escala de bacia hidrográfica e estimativa da precipitação em áreas com deficiente rede pluviométrica, considerando que os resultados obtidos pela rede e por satélites mostraram valores próximos.

Disponibilidad futura de los recursos hídricos frente a escenarios de cambio climático en Chile

Incluye Bibliografía

Aplicação de sistemas de informações geográficas e, gestão de recursos hídricos subterrâneos

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Interaction between GIS and hydrologic model: a preliminary approach using ArcHydro Framework Data Model

In different regions of Brazil, population growth and economic development can degrade water quality, compromising watershed health and human supply. Because of its ability to combine spatial and temporal data in the same environment and to create water resources management (WRM) models, the Geographical Information System (GIS) is a powerful tool for managing water resources, preventing floods and estimating water supply. This paper discusses the integration between GIS and hydrological models and presents a case study relating to the upper section of the Paraíba do Sul Basin (Sao Paulo State portion), situated in the Southeast of Brazil. The case study presented in this paper has a database suitable for the basin's dimensions, including digitized topographic maps at a 50,000 scale. From an ArcGIS®/ArcHydro Framework Data Model, a geometric network was created to produce different raster products. This first grid derived from the digital elevation model grid (DEM) is the flow direction map followed by flow accumulation, stream and catchment maps. The next steps in this research are to include the different multipurpose reservoirs situated along the Paraíba do Sul River and to incorporate rainfall time series data in ArcHydro to build a hydrologic data model within a GIS environment in order to produce a comprehensive spatial-temporal model.

Aplicação de modelagem hidrológica associada à análise geoespacial, para caracterização da vazão na micro Central Hidroelétrica Ilha Anchieta - SP

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Efeitos da ocupação e uso da terra na bacia do córrego da Servidão, no cenário de 1995-2006

Urban sprawl developed without adequate urban planning and lack of knowledge about the physical characteristics of an environmental system, results in soil sealing and consequent change in the dynamics of hydrological watershed. Thus, this study aimed to analyze the behavior of the runoff basin Cóorego DA Servidão located in Rio Claro, referring to the year of 1995 compared to the scenario of 2006, compared the different features of urban use logged area. Therefore understanding the dynamics of the flow was possible through the use of software IPHS 1 that allowed through hydrologic models to evaluate the behavior of the surface area investigated, using Spring 4.3.3 software which enabled the classification of land use and software ArcGis 9.3 which was used for the quantification of stretches of water, separated from those that are channeled and those who did not suffer interference from the pipe

Oscilação dos níveis freáticos do Sistema Aquífero Bauru (SAB) em região de cerrado no período de 2010-2015

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Implicações geomorfológicas das alterações do escoamento superficial pela urbanização: análise dos processos erosivos na bacia hidrográfica do córrego Tucunzinho (São Pedro - SP)

This paper presents an evaluation of the geomorphological implications of urban runoff on the evolution of linear erosion processes in peri-urban areas. The Tucunzinho watershed (São Pedro/SP) case was chosen because it presents linear erosive forms in which the dynamic is associated with urban expansion into fragile areas and implantation of inadequate dissipation devices. The method proposed by the Soil Conservation Service (SCS) was adopted to obtain the Curve Number (CN) and runoff hydrographs of different sectors of the basin. The coverage classification (use and occupancy) was based on analysis of aerial photographs of two periods (1962 and 2006, updated in the field in 2011). The IPHS1 model was used for the simulation and analysis of the hydrological behavior for both the pre-urban occupation and the current occupation. The hydrogeomorphological analysis helped understand the influence of the urban run-off on the erosion dynamics, clearly showing the ineffectiveness of dissipation energy devices in the area, which has a natural susceptibility to erosion due to litho-soil characteristics.