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.

Avaliação de incertezas na calibração automática do modelo SWMM

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem.

Desempenho de uma lagoa de infiltração na absorção de cheias e na recarga de aquífero

A type of macro drainage solution widely used in urban areas with predomi-nance of closed catchments (basins without outlet) is the implementation of detention and infiltration reservoirs (DIR). This type of solution has the main function of storing surface runoff and to promote soil infiltration and, consequently, aquifer recharge. The practice is to avoid floods in the drainage basin low-lying areas. The catchment waterproofing reduces the distributed groundwater recharge in urban areas, as is the case of Natal city, RN. However, the advantage of DIR is to concentrate the runoff and to promote aquifer recharge to an amount that can surpass the distributed natu-ral recharge. In this paper, we proposed studying a small urban drainage catchment, named Experimental Mirassol Watershed (EMW) in Natal, RN, whose outlet is a DIR. The rainfall-runoff transformation processes, water accumulation in DIR and the pro-cess of infiltration and percolation in the soil profile until the free aquifer were mod-eled and, from rainfall event observations, water levels in DIR and free aquifer water level measurements, and also, parameter values determination, it is was enabled to calibrate and modeling these combined processes. The mathematical modeling was carried out from two numerical models. We used the rainfall-runoff model developed by RIGHETTO (2014), and besides, we developed a one-dimensional model to simu-late the soil infiltration, percolation, redistribution soil water and groundwater in a combined system to the reservoir water balance. Continuous simulation was run over a period of eighteen months in time intervals of one minute. The drainage basin was discretized in blocks units as well as street reaches and the soil profile in vertical cells of 2 cm deep to a total depth of 30 m. The generated hydrographs were transformed into inlet volumes to the DIR and then, it was carried out water balance in these time intervals, considering infiltration and percolation of water in the soil profile. As a re-sult, we get to evaluate the storage water process in DIR as well as the infiltration of water, redistribution into the soil and the groundwater aquifer recharge, in continuous temporal simulation. We found that the DIR has good performance to storage excess water drainage and to contribute to the local aquifer recharge process (Aquifer Dunas / Barreiras).

Avaliação da disponibilidade hídrica e da demanda hídrica no trecho do Rio Piranhas-Açu entre os açudes Coremas-mãe D´água e Armando Ribeiro Gonçalves

Piranhas-Açu basin is a Federal watershed with a drainage area of 43.681,5 km2, sited at Brazilian northeast semi arid, with 60% of your area in Paraiba State and 40% in Rio Grande do Norte State. The main river, Piranhas-Açu, has strategic importance for development of these states, because it s an essential source for many socio-economics activities developed along watercourse. The river s reach between Coremas-Mãe D`água Dam and Armando Ribeiro Gonçalves Dam has many irrigation projects, and supply many riverside cities. All this activities practiced in this river s reach consumes high water volumes. Due the importance of this stream and the necessity of an adequate management, this work aims for an impartial and detailed evaluation of real water supply conditions in this river s reach, by the application of hydrological modeling, including the arrangement of main dams in tributaries, and storage reservoir water balance. The rainfall-discharge model s applied in each sub-basins it was selected the model MODHISA- Hydrological Model of Semi Arid, that is a concentrated model with easy application. The simulation produced 50 years of inflows into the reservoirs, for which, were constructed the guaranties curves; and produced 50 years of synthetic discharge data in relevant points on the river and on its affluents; so it was constructed the permanence curves. Confronting the available discharge with the current and futures volumes of raw water captured in this river s reach, it was verified that de demands have high guaranties. This work concluded that the MODHISA Model is suitable to reproduce the hydrologic characteristics of Piranhas-Açu sub-basins, and showing good results

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 DE CENÁRIOS DE USO DO SOLO NA VAZÃO E PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS NA BACIA DO RIO COBRES, PORTUGAL

Introdução Caracterização da área de estudo Materiais e métodos O modelo SWAT Dados de chuva, vazão e produção de sedimentos Tipos de solos e determinação dos parâmetros do SWAT Análises Estatísticas Cenários de Uso do Solo Resultados e discussões Estimativa da Vazão Estimativa da produção de sedimentos Modelagem Hidrossedimentológica em Diferentes Cenários Conclusões Referências bibliográficas RESUMO – A erosão dos solos é um dos mais graves problemas ambientais em todo o mundo, principalmente em regiões semiáridas que sofrem com a variabilidade espaço-temporal da precipitação. Este artigo analisou os processos hidrossedimentológicos na Bacia do Rio Cobres, localizada na porção semiárida de Portugal, utilizando o modelo SWAT. Neste estudo foram utilizados dados diários de precipitação, temperatura, umidade do ar, vazão e produção de sedimentos, para o período de 1960 a 2000, mapas digitais de elevação do terreno com resolução espacial de 90 m, uso e ocupação do solo e tipos de solo da bacia. Os resultados demonstraram a eficácia do modelo na calibração da vazão, com Coeficiente de Determinação (R²) = 0,81 e Coeficiente de Nash-Sutcliffe (NS) = 0,63, e também para produção de sedimentos com R² = 0,62 e NS = 0,47. O Cenário 3 (Mata) apresentou o maior decréscimo na vazão média, em relação aos Cenários 1 (Real) e 2 (Pastagem). Conclui-se que o modelo SWAT acoplado ao SIG é uma ferramenta poderosa na análise espaço-temporal do comportamento dos processos hidrossedimentológicos. Palavas-chave: SIG, modelo hidrossedimentológico, erosão ABSTRACT – Effects of Scenarios of Land Use on Runoff and Sediment Yield for Cobres River Basin, Portugal. Soil erosion is a major environmental problem worldwide, mainly in semiarid regions that suffer with rainfall spatial and temporal variability. Thus, this paper analysed the runoff-erosion process at the Cobres River Basin, located in semiarid portion of Portugal, using the SWAT model. In this paper, rainfall, temperature and humidity data from 1960 to 2000, and digital maps of land cover, terrain digital elevation model with spatial resolution of 90 m, soil types were used. The results showed the effectiveness of the model for the runoff calibration, with R² = 0.81 and NS = 0.63, and also for sediment yield with R² = 0.62 and NS = 0.47. Scenario 1 (Forest) had the highest decrease in average streamflow, in relation to the Scenarios 1 (Real) and 2 (Pasture) scenarios. It is concluded that the SWAT model coupled to GIS is a powerful tool in the analysis of temporal and spatial behaviour of runoff-erosion processes.

Estimativa da infiltração de água no solo na escala de bacia hidrográfica

A variabilidade espacial das características do solo torna a estimativa da infiltração de água altamente dependente da escala de análise. Muitos trabalhos necessitam de informações da dinâmica da infiltração para descrever o mecanismo de outros processos associados à água, aos sedimentos ou aos solutos. O objetivo deste trabalho foi utilizar duas estratégias metodológicas para a estimativa da infiltração na escala de bacia. Os parâmetros de dois modelos de infiltração foram ajustados a um conjunto de dados coletados durante dois anos de monitoramento, em 77 eventos de chuva-vazão ocorridos sob diferentes condições de uso e manejo do solo numa bacia hidrográfica rural de 1,2 km². Os resultados dos ajustes para os dois modelos de infiltração na escala de bacia foram comparados com aqueles obtidos para dois métodos pontuais de estimativa da infiltração. Com o conjunto de dados do monitoramento, foi possível definir um modelo de infiltração para a bacia monitorada. Além disso, os resultados indicaram que a comparação realizada entre os valores dos modelos com os pontuais são fortemente dependentes da escala de análise; isto é, as medidas pontuais revelaram valores médios de taxa de infiltração alta para a bacia em estudo. Todavia, observações no campo indicaram baixa infiltração, principalmente nas áreas saturadas onde condicionam o escoamento superficial nessa bacia, ao contrário dos resultados pelos modelos de estimativa, que apresentaram menor ordem de magnitude dos valores estimados de infiltração, em razão, entre outros, da maior incorporação dos fatores controladores do processo em seu método.

Caracterização fisiográfica, hidrológica e energética da bacia de contribuição da microcentral hidrelétrica da fazenda Lageado, Botucatu - SP

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Implantação de CGH's na Amazônia: uma visão global com ênfase nos aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros

Um problema de grande relevância social na Amazônia é o fato das pequenas comunidades isoladas não serem contempladas pelos benefícios dos grandes empreendimentos hidrelétricos instalados na região. Uma solução alternativa a para este problema, é o aproveitamento da grande malha de pequenos rios e igarapés da região a partir da implantação de Centrais Geradoras Hidrelétricas – CGH’s (antigas mini e microcentrais).. Dentro deste contexto, o presente trabalho analisa e discute certos aspectos gerais inerentes à implantação das CGH’s, e principalmente, trazendo-os à realidade das pequenas bacias Amazônicas. Os aspectos a serem abordados neste trabalho dizem respeito às avaliações preliminares de terreno, aspectos hidrológicos, tecnológicos, ambientais e financeiros. Os aspectos são analisados de forma global para implantação de CGH’s e suas etapas, também analisados e aplicados a um estudo de caso – implantação da CGH irmã Dorothy na pequena bacia hidrográfica do Igarapé são João em Anapú-pa, onde foi possível a utilização de metodologia existente para um estudo aprimorado de implantação de CGH’s na Amazônia. No âmbito hidrológico, utilizou-se um modelo chuva-vazão desenvolvido por Blanco 2005 e aplicou a pequenas bacias da Amazônia que não possuem registros de vazão. Nos aspectos tecnológicos utilizou ferramentas computacionais para predição de desempenho de turbinas axiais de baixa queda adaptas ao relevo da região, e simulados para a turbina axial a ser implantada na CGH irmã Dorothy. No contexto ambiental atualmente há forte cobrança pelas autoridades competentes locais para realização do estudo ambiental inerente ao aproveitamento, e se tratando da região Amazônica, ambientalmente muita agredida pela ação do homem, os estudos devem ser bem definidos, apontando os possíveis impactos que podem ser causados pela CGH, descritos no RAS (Relatório Ambiental Simplificado) anexo deste trabalho. Desta forma foi desenvolvido um método para cálculo e simulação da área inundada para implantação de CGH’s na Amazônia, aplicado à CGH irmã Dorothy. No âmbito financeiro, são raras as informações referentes aos custos de implantação de CGH’s na Amazônia. Assim, foram levantados os custos referentes à implantação da CGH irmã Dorothy e comparados a custos de CGH’s e de geradores a diesel disponíveis na literatura.

Análise da dinâmica do uso da terra e sua interferência em enchentes na área urbana do município de Americana (SP)

Due to an intense process of population growth and urban density in Americana (SP), mainly due to the development of the local textile industry after 1970, there was, concomitant to the occupation of the margin of rivers and streams, soil sealing that increased the level of superficial runoff, triggering frequent floods. Based on the analysis of these processes we investigate the conditions of one densely urbanized area of the county, the Córrego do Parque, in three time series, 1977, 1996 and 2008. Taking as the starting the characterization and spatial distribution of landscape physiography, we prepared thematic letters and synthetic maps digital scale 1:10,000 from photointerpretation of aeroframes. The thematic maps were produced by scanning with subsequent edition using the software Auto-Cad Map. Checking the data and of geographic coordinates with GPS (Global Positioning System). Regarding land use classes, we used the description of the Soil Conservation Service (1975) which allowed us to get the Curve Number parameter, which will be used in hydrologic modeling for verification of flooding (Tucci, 1989). For the process of hydrologic modeling, we used models based on Methodology Object Oriented Modeling Applied to Water Resource Systems, Viegas Filho (1999), using the computer program called IPHS1, which uses models of the Soil Conservation Service (SCS , 2004), for conversion of rainfall-runoff and the spread of excessive rain. The results indicate that increased waterproofing generated by the change in use and occupation over the past decades promoted the increased surface runoff and drainage system overload, increasing the intensity of floods

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.

Análise da chuva e vazão da bacia hidrográfica do Rio Pardo

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Aspectos da morfometria de drenagem e produção de sedimentos em relação a variante chuva x vazão de diferentes trechos da Bacia do Ribeirão do Gama – Distrito Federal nos anos de 2014 a 2015

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Geografia, Programa de Pós-Graduação em Geografia, 2015.

Efeitos da espacialização de propriedades físicas nas respostas hidrológicas da bacia do rio Ibirapuitã, Rio Grande do Sul

O objetivo desta tese consistiu em avaliar a influência da espacialização de propriedades físicas de bacias hidrográficas, relacionadas à topografia, ao uso do solo, à litologia e à tectônica, e os efeitos na resposta hidrológica. Tais elementos foram desagregados em unidades de resposta hidrológica através de uma estrutura vetorial, com base em técnicas de sensoriamento remoto e sistemas de informação geográfica, que facilitou a modelagem, contemplando os processos hidrológicos verticais e laterais envolvidos. Diferentes níveis de agregação e desagregação espacial alicerçaram a aplicação do hidrograma de Clark para a transformação de chuva em vazão com base nos valores da precipitação efetiva, a partir da utilização do método curva número - CN. A bacia hidrográfica do Rio Ibirapuitã, localizada no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com área de 5.976 km2, constituiu o estudo de caso, cuja espacialização envolveu um pixel de um km e a utilização do conceito de hidrotopos. As características geológicas evidenciaram a incidência de rochas vulcânicas basálticas (72%), arenitos (24%) e siltito-folhelho (4%), e lineamentos tectônicos, espacializados sob a forma de freqüência, com ocorrência de 47% para a classe forte, 35% para a classe média, 12% para a classe muito forte e o restante 6 % para a classe fraca. A topografia evidenciou um relevo em que as cotas topográficas indicaram valores entre 70 e 230 m. O uso do solo é caracterizado por seis classes, com destaque para campos e pastagens que cobrem cerca de 60% da área, seguindo-se a cultura de arroz irrigado (27%) e matas (11%). Às simulações hidrológicas iniciadas com a influência da litologia, seguiram-se com a incorporação sucessiva dos efeitos da tectônica, da desagregação em duas sub-bacias, da desagregação em cinco sub-bacias. Os resultados obtidos pelas simulações hidrológicas e avaliados pelo coeficiente de eficiência R2 de Nash e Sutcliffe pelo erro médio absoluto (Mean Absolute Error – MAE) e pelos seus incrementos indicaram: a) que os efeitos da variabilidade espacial da litologia constituiu a influência mais significativa (R2 = 0,489, MAE = 0,32); b) que a tectônica foi o segundo fator em importância (R2 = 0,569, MAE = 0,25).; que a desagregação em duas sub-bacias foi a menos importante.(R2 = 0,582, MAE = 0,24); que a desagregação em cinco sub-bacias foi o terceiro fator mais importante (R2 = 0,725, MAE = 0,24).

Simulação hidrológica de grandes bacias

O comportamento hidrológico de grandes bacias envolve a integração da variabilidade espacial e temporal de um grande número de processos. No passado, o desenvolvimento de modelos matemáticos precipitação – vazão, para representar este comportamento de forma simplificada, permitiu dar resposta às questões básicas de engenharia. No entanto, estes modelos não permitiram avaliar os efeitos de modificações de uso do solo e a variabilidade da resposta em grandes bacias. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e a validação de um modelo hidrológico distribuído utilizado para representar os processos de transformação de chuva em vazão em grandes bacias hidrográficas (maiores do que 10.000 km2). Uma grade regular de células de algumas dezenas ou centenas de km2 é utilizada pelo modelo para representar os processos de balanço de água no solo; evapotranspiração; escoamentos: superficial, sub-superficial e subterrâneo na célula; e o escoamento na rede de drenagem em toda a bacia hidrográfica. A variabilidade espacial é representada pela distribuição das características da bacia em células regulares ao longo de toda a bacia, e pela heterogeneidade das características no interior de cada célula. O modelo foi aplicado na bacia do rio Taquari Antas, no Rio Grande do Sul, na bacia do rio Taquari, no Mato Grosso do Sul, e na bacia do rio Uruguai, entre Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O tamanho destas bacias variou entre, aproximadamente, 30.000 km2 e 75.000 km2. Os parâmetros do modelo foram calibrados de forma manual e automática, utilizando uma metodologia de calibração automática multi-objetivo baseada em um algoritmo genético. O modelo foi validado pela aplicação em períodos de verificação diferentes do período de calibração, em postos fluviométricos não considerados na calibração e pela aplicação em bacias próximas entre si, com características físicas semelhantes. Os resultados são bons, considerando a capacidade do modelo de reproduzir os hidrogramas observados, porém indicam que novas fontes de dados, como os fluxos de evapotranspiração para diferentes coberturas vegetais, serão necessários para a plena utilização do modelo na análise de mudanças de uso do solo.