Modelos Hidrológicos

Klebber Formiga

Mestrado em Engenharia do Meio Ambiente/UFG

Apresentação

EMENTA:1. Conceitos de Modelos

2. Classificação dos Modelos

3. Processos de Geração de Escoamento

4. Avaliação de Modelos Chuva-Vazão

5. Dados de Entrada nos Modelos

6. Estimativa de Parâmetros e Incerteza

Apresentação

Bibliografia BásicaBEVEN, K. Rainfall-Runoff Modeling. Wiley-Blackwell. 2012

SINGH, V.J. Hydgrologic Systems. Vols. I e II. 1988/1989

MAYS, L.W. Water Resources Enginnering. 2005.

LINSLEY, R.K. e FRANZINI. Water Resources Enginnering. 1992.

TUCCI, C.E.M. Modelos Hidrológicos. 1998.

Apresentação

Bibliografia ComplementarArtigos:

Providenciar os artigos abaixo na Bilbioteca:

SOROOSHIAN, S., GUPTA, V.K., Automatic calibration of conceptual rainfall-runoff models: the question of parameter observability and uniqueness. Water Resour. Res. 19 (1), 260– 268, 1983.

SOROOSHIAN, S., GUPTA, V. K., and FULTON, J. L., Evaluation of Maximum-Likelihood Parameter Estimation Techniques .for Conceptual Rainfall-Runoff Models: Influence of Calibration Data Variability and Length on Model Credibility, Water Resources Research, Vol. 19, pp. 25t-259, 1983.

Avaliações

Artigo (Grupo de 2) 1.Caracterização da Bacia: 15/04

2.Introdução com Revisão (10 artigos) Compilação dos Dados de Entrada: 22/04

3.Implementação do Modelo: 29/04

4.Metodologia 06/05

5.Resultado: Calibração Objetivo Simples (Genético) 13/05

6.Resultado: Calibração Multiobjetivo (NSGA e AMALGAM) 20/05

7.Resultado: Calibração Considerando Incerteza (GLUE, DREAM) 27/05

8.Discussão dos Resultados 20/05

9.Artigo Final 29/06

.

Avaliações

Artigo (Grupo de 2)

Em cada etapa deverá ser preparada uma apresentação com duração de 5 minutos.

Deve ser entregue também um texto/código referente à etapa.

Avaliações

Seminários (individual) – Apresentação 20 min – 1.River flow forecasting through conceptual models part I - a discussion of principles

2.Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations

3.Effective and Efficient Global Optimization for Conceptual Rainfall-Runoff Models & Shuffled Complex Evolution Approach for Effective and Efficient Global Minimization

4.Multi-objective global optimization for hydrologic models & Multi-criteria calibration of a conceptual runoff model using a genetic algorithm

Avaliações

Seminários (individual)•Multi-objective automatic calibration of SWAT using NSGA-II & Multi-objective optimization of empirical hydrological model for streamflow prediction

•The future of distributed hydrological models: model calibration and uncertainty prediction & Prophecy, reality and uncertainty in distributed hydrological modelling

•Bayesian estimation of uncertainty in runoff prediction and the value of data: An application of the GLUE approach

•Equifinality, data assimilation, and uncertainty estimation in mechanistic modelling of complex environmental systems using the GLUE methodology

•Hydrological forecasting uncertainty assessment: Incoherence of the GLUE methodology & Comentários!!!!

Avaliações

Data na sequência das aulas

COMEÇA PRÓXIMA SEMANA

Avaliações

Participação nas Aulas e Seminários1.Comentários Pertinentes

2.Contribuição na Discussão

3.Instigar o Processo de Aprendizagem

4.Responder Perguntas dos Colegas

PRECISA LER OS CAPÍTULOS DA AULA, ARTIGOS DO SEMINÁRIO E AO INFINITO E ALÉM!!!!!

Definições

Modelo: é a representação teórica de uma realidade ou mais especificamente de um sistema.

Sistema: é qualquer estrutura, mecanismo, ambiente, etc. que responde uma entrada com uma saída. Nos modelos hidrológicos, o sistema é a bacia, a entrada é a precipitação e a saída é a vazão.

Definições

Fenômeno: é um processo (físico ou químico) que provoca alteração no estado do sistema.

Exs: a infiltração (fenômeno) provoca alteração na umidade (estado) do solo.

o escoamento (fenômeno) altera o nível da água (estado) em curso d’água.

em uma barragem o volume mensal (estado) é influenciado pela precipitação vazão, evaporação (fenômenos)

Estado: é representado por diversas características que representem um sistema.

Definições

Variável: é o valor que descreve quantitativamente um fenômeno ou um estado. Ela pode variar tanto no tempo quanto no espaço.

Ex. a altura precipitada é uma variável que representa o fenômeno precipitação.

Definições

Parâmetro: são valores servem para caracterizar um sistema ou um modelo. Os parâmetros servem para associar diferentes variáveis.

Os parâmetros permitem representar o sistema através de modelos.

Ex: Eq Vertedor – Q = cdH3/2

Eq de Horton – f = fc – (fc-fb)e-kt

Os parâmetros podem ser dimensionais ou adimensionais.

Definições

Parâmetro Adimensionais: independem do sistema de unidades empregado, normalmente as equações conceituais usam parâmetros adimensionais.

Ex: Eq Darcy-Weissbach

C - Fórmula racional

Parâmetro Dimensionais: variam com o sistema de unidades.

Ex anteriores.

Classificação dos Modelos

OBS: Para escolha correta de um modelo é preciso:

1) Conhecer o problema

2) Conhecer os dados disponíveis

3) Identificar quais as respostas necessárias, incluindo as possíveis variações no tempo e no espaço

4) Escolher o Modelo

Conhecer o modelo e suas limitações e verificar se ele atende às suas necessidades

O modelo deve ser o mais simples que atenda as suas necessidades

Classificação dos Modelos

Quanto à Dimensão:

Adimensional: é aquele que não assume nenhuma dimensão espacial principal.

Ex: Fórmula Racional

Hidrograma Unitário

Unidimensional: considera no seu cálculo uma direção principal, ou preferencial, desprezando as outras. A variação das variáveis (feio) ocorrerá apenas nesta direção

Classificação dos Modelos

Quanto à Dimensão:

Unidimensional: considera no seu cálculo uma direção principal, ou preferencial, desprezando as outras. A variação das variáveis (feio) ocorrerá apenas nesta direção

Ex.: Equação de Manning (Esc Permanente)

Equação de Saint Venant (Esc Transiente)

Equação de Onda Cinemática

HEC-RAS – é um pacote de simulação unidimensional baseado na Eq. de Saint Venant.

Classificação dos Modelos

Quanto à Dimensão:

BIDimensional: leva em conta duas direções principais de fluxo e que são foco de estudo. A mudança no valor das variáveis é enão avaliada nestes dois sentidos.

Ex: FES-WMS – 2DH

CE-QUAL-W2 – 2DV

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Quanto à Dimensão:

TRIDimensional: considena na sua formulação as 3 direções do espaco no seu cálculo. Empregam equações de Navier-Stokes completas.

Ex: FLUENT; CFX; FES-WMS, SisBaHiA

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Quanto ao Tempo:

Permanente: não leva em conta a variação das variáveis no tempo.

Ex: Fórmula Racional

Transisente: considera a mudança das variáveis ao longo do tempo.

Ex: Hidrograma Unitário

Existem formas de simulação que consideram diversos cenários no tempo mas não são transientes. Simulação Extendida.

Classificação dos Modelos

Quanto ao Tempo de Simulação:

Contínuos: são considerados grandes horizontes de cálculo, normalmente superiores a 1 ano. Considera na sua formulação o escoamento de base.

Ex: Tank Model, Mod-Hac, SWM4, IPH3, etc

Evento: considera uma sequência curta de eventos de precipitação para calcular vazões específicas.

Ex: Fórmula Racional, Hidrograma Unitário, SWMM, a maior parte dos modelos 2DH, etc

Classificação dos Modelos

Quanto à Concepção:

Conceituais: baseado em equações conceituais, ou seja, derivadas diretamente de leis físicas.

Ex: Saint Venant, Onda Cinemática, Richards

Empírico: desenvolvido a partir de observações ou pela experiencia do modelador. Normalmente são mais simples e requerem menos dados.

Ex: Racional, Horton, Manning, Redes Neurais, etc

Classificação dos Modelos

Quanto à Distribuição:

Concentrados: concentra a entrada e a saída em apenas um único ponto.

Ex: Racional, HU, SCS, SWM, HEC-HMS, SWMM,

Distribuídos: efetua o balanço hidríco em pequenos segmentos de uma bacia interconectados entre si. .

Ex: SHE, MIKE 11, WMS, HEC-HMS, TOPMODEL...

Estes modelos estão aumentando o emprego devido ao maior nº de informações de dados do terreno e da precipitação.

Classificação dos Modelos

Quanto à Distribuição:

Semi-Distribuídos: são agrupamentos de modelos concentrados utilizados para representar/dividir uma bacia maior em várias pequenas.

Ex: WMS, HEC-HMS, SWMM

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Classificação dos Modelos

Quanto aos Dados de Entrada:

Determinísticos: tem como principal característica reproduzir sempre o mesmo resultado.

Estocácticos: Os dados de entrada ou estado inicial, apresentam compotamento variável e são regidos por distribuições de probabilidade de ocorrer. Podem apresentar resultados diferentes para cada simulação. E normalmente é feita uma séries extensiva de cálculo para se ter um resultado confiável (Monte Carlo).

Ex: Thomas-Firing, Modelos ARMA, NEWAVE