Análisis de consistencia de datos & sensores remotos

• Precipitação

• Vazão

• Evapotranspiração

• Relação Precipitação-Escoamento

• Modelos Chuva-Vazão

• Hidrologia Estocástica

Precipitação • Medição de Precipitação

– Pluviômetro

– Pluviógrafo

• Preenchimento de Falhas

• Análise de Consistência: Método da Dupla Massa; Vetor Regional

• Precipitação Média Ponderada

– Média Aritmética

– Polígonos de Thiessen

– Método das Isoietas

– Método do ‘grid’

• Variabilidade espaço-temporal

Análise de Consistência

PRECIPITAÇÃO

Preenchimento de Falhas - Vetor Regional

Definição: uma série cronológica, sintética, de

índices pluviométricos, anuais ou mensais,

oriundos da extração, por um método de

máxima verossimelhança da informação mais

provável contida nos dados de um conjunto de

estações de observação, agrupadas

regionalmente.

nm2n1n

m22221

m11211

ppp

ppp

ppp

P

Método do Vetor Regional

n

2

1

l

l

l

L

m21 ccc C

L.CP

DCL,

min 2PPD

Determinação de L e C

PRECIPITAÇÃO

Método da Média Aritmética

Método de Thiessen

Método das Isoietas

Intensidade-Duração-Freqüência

Vazão

• Medição de Vazão

– Réguas linimétricas (madeira, alumínio anodizado, concreto)

• Problemas de leitura

– Molinete

– Curva-chave (lâmina x descarga)

Réguas para Medição de Vazão

Réguas Linimétricas (Rio Guaribas)

Medição de Vazão

MEDIÇÕES CONJUNTAS NO RIO URUGUAI – BRASIL / ARGENTINA

Evapotranspiração • Evaporação (superfície livre: lagos, rios,

mares, poças, etc)

• Transpiração (passagem da água do solo à atmosfera através das folhas das plantas)

• Evap=1300 mm /ano (para cada km2 de superfície 1.3 hm3 de água)

• Tanque Classe A

• Lisímetro (ET=P-Esc-U)

Evaporação (Tanque Classe A)

Lisímetro de Drenagem

Relação Precipitação-Escoamento

• Escoamento Superficial (overland flow)

• Escoamento Subsuperficial (interflow ou subsurface flow)

• Escoamento de Base (groundwater flow ou base flow)

• Hidrográfa de separação (SCS)

• Infiltração x percolação

Relação Precipitação-Escoamento

Precipitação-Escoamento

Sistema, Modelo e Simulação • Sistema (entrada, estímulo, saída)

• Modelo (representação do comportamento do sistema: físico, analógico e matemático)

• Fenômeno (processo físico que produz alteração no estado do sistema: precipitação, infiltração)

• Variável (é um valor que descreve quantitativamente um fenômeno variando no espaço e no tempo: vazão e evaporação diárias)

Sistema, Modelo e Simulação

• Parâmetro (é um valor que caracteriza o sistema: área da bacia, rugosidade da seção transversal)

• Simulação (é o processo de utilização do modelo)

– Ajuste ou calibração

– Verificação

– Aplicação

Classificação dos Modelos

• Linear e não-linear

• Contínuo e discreto

• Concentrado e distribuído

– Concentrado (parâmetros e variáveis variam apenas no tempo)

– Distribuído (variam também no espaço)

• Determinístico e estocástico

• Conceitual e empírico

Modelos Determinísticos Chuva-Vazão

• Fórmula Racional

• Hidrograma Unitário (Sherman, 1932)

• Décadas de 50-70:

– SSARR (1958)

– Stanford IV (1958)

– Crawford & Linsley (1966)

– HEC-1 (U.S. Army, 1973)

– Dawdy & O’Donnel (1965)

– Mero (Clarke, 1973)

• IPH (Tucci, 1979)

Modelos Determinísticos Chuva-Vazão

• CN-3S (Curve Number 3 Steps) - Taborga & Freitas (1987)

• BOUGHTON (Boughton, 1987)

• SMAP (Braga, 1987)

• MODHAC (Lanna, 1988)

Aplicação de Modelos Chuva-Vazão

• Melhor entendimento do comportameno dos fenômenos hidrológicos

• Análise de consistência e preenchimento de falhas

• Dimensionamento e planejamento de obras hidráulicas

• Previsão de cheias

• Análise dos efeitos resultantes da modificação do uso da terra

Aplicação de Modelos Chuva-Vazão

• Objetivo do projeto (estudo de pré-viabilidade, viabilidade, projeto básico)

• As características da bacia e do rio (cobertura vegetal, relevo, climatologia, etc.)

• Disponibilidade de dados

• Familiaridade com o modelo (o melhor modelo costuma ser aquele que o usuário tem maior sensibilidade, entre aqueles que podem ser usados)

Aplicação de Modelo Chuva-Vazão

Aldeia

0

5

10

15

20

25

30

35

0 1 2 3 4 5 6

Zeit (Jahre)

Abflu

sshö

he (m

m)

gen. Reihe

hist Reihe

Pajeu

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5Zeit (Jahre)

Abflu

sshö

he (m

m)

gen. Reihe

hist. Reihe

Simulação da Operação de Reservatórios

Simulação de Reservatórios (Monte Carlo)

Cadeia de Markov

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

2 4 6 8 10 12 14

Zeit (Jahr)

Pr

(D=

t|D

>=

t) =

Pr(

D=

t)|(

Pr(

D>

=t)

TSCHEBYCHEFFsches

Maximum

Markovkette-

Näherungwert

USOS MULTIPLOS DA ÁGUA

NAVEGAÇÃO

HIDROELETRICIDADE ABASTECIMENTO HUMANO

ABASTECIMENTO INDUSTRIAL

RECREAÇÃO E TURISMO PESCA E AQUICULTURA

CONTROLE DE CHEIA

IRRIGAÇÃO

ALOCAÇÃO

NEGOCIADA DA

ÁGUA

Alocação Negociada de Água

Parcerias – ANA, estados, DNOCS

Cadastramento dos usuários

Levantamento de dados (chuvas,

evaporação, histórico de consumo de

água, capacidade dos reservatórios, etc)

Decisão democrática com base em

informações técnicas

DECISÕES & CONSEQÜÊNCIAS

Usar

água ?

Economizar

água ?

OK

déficit

vertimento

OK

..........Gerência do estoque de água nos reservatórios ..

.. o

dil

em

a d

a o

pera

ção

Planejamento de Recursos

Hídricos Longo prazo

PLANO DE BACIA

Médio prazo PLANO ANUAL DE OPERAÇÃO

Curto prazo AJUSTES

10 a 20 anos

anual

mensal ou semanal

• Modificar a distribuição temporal das vazões de modo a suprir às demandas

• Manter suficiente volume armazenado para o início do próximo período seco

• Atender aos usos múltiplos de acordo com as prioridades preestabelecidas

• Prover confiabilidade e consistência na operação do reservatório ano a ano

Propósitos da Operação de

Reservatórios

Reservatório

Drawdown-Refill Cycle

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Months

Vo

lum

e

Operação do Reservatório – Curva Guia

Curva Guia

Drawdown-Refill Cycle

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Months

Vo

lum

e

Operação do Reservatório – Curva Guia

Simulação da Operação do

Reservatório

RIO GRANDE DO NORTE

• Uma Curva de Aversão ao Risco para um único reservatório é obtida pela solução da equação da continuidade, que ao longo de um intervalo de tempo t é dada por:

• Vf= Vi + Ve + Vr – Vp (eq. 1)

• onde:

• - Vi e Vf são os volumes armazenados no reservatório respectivamente no início e no fim de um intervalo de tempo;

• - Ve é o volume de água que entra no reservatório;

• - Vr é o volume de água retirado para atendimento dos diversos usos;

• - Vp é o volume relacionado às perdas do reservatório (usualmente por evaporação e infiltração).

Curva de Aversão ao Risco

• Uma maneira de utilizar a Curva de Aversão ao Risco para operação é predefinir o volume com que se deseja chegar ao final de um ano e calcular as curvas para diferentes probabilidades de ocorrência das vazões afluentes e para níveis preestabelecidos das demandas. Desta forma, o modelo determina os volumes iniciais (Equação 2) que o sistema de reservatórios teria no início do ano para satisfazer as condições especificadas.

• Vi = Vf – Ve + Vr + Vp (eq. 2)

Curva de Aversão ao Risco

• A seguir, são listadas as premissas adotadas na construção das Curvas Bianuais de Aversão ao Risco – CAR para o Reservatório Armando Ribeiro Gonçalves:

• Garantia de níveis mínimos de segurança para o armazenamento: Foi considerada a necessidade de garantir um nível mínimo de segurança de 20% do volume útil do reservatório, que corresponde a 432,80 hm³. Esse valor foi fixado considerando a importância do reservatório para a região, além da redução do risco no caso de condições hidrológicas críticas na transição do período seco para o úmido;

• Afluências: Foi adotada a repetição do biênio mais desfavorável do histórico – 1931/32.

• Defluências: Foram fixados valores de vazões de retirada do reservatório, variando de 5,4 m³/s a 18m³/s;

Curva de Aversão ao Risco

• Posto que o reservatório encontra-se em região semi-árida sujeita à intensa evaporação, foram consideradas as perdas devido à evaporação do reservatório e os ganhos de vazão devido à chuva direta sobre o reservatório (evaporação líquida);

• Volumes de espera: Não foram consideradas restrições nas acumulações máximas para proteção contra enchentes das comunidades de jusante.

Curva de Aversão ao Risco

Reservatório ARG

Curva de Permanência das Vazões Médias

Anuais Afluentes

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

P(Qi>Q),%

m³/

s

Tabela 2 – Valores de referência das curvas de permanência de vazões médias anuais afluentes (m³/s)

10% 50% 90% 95% 100%

Armando Ribeiro Gonçalves 133,76 33,35 3,43 2,52 0,50

Reservatório

P(Qi>Q)

Curva de Aversão ao Risco

Tabela 4 - Vazões regularizadas para diversas garantias.

RESERVATÓRIO Q100% (m³/s) Q95% (m³/s) Q90% (m³/s) Q85% (m³/s)

Armando R. Gonçalves 16 17,8 19,4 20,8

Curemas - Mãe D'água < 9,0 9,52 10,51 11,05

Fonte: Relatório de Operação Integrada dos Açudes - TOMO I.; IR. V/G. RT. GH. 003. Ministério

da Integração Nacional, Secretaria de Infra-Estrutura Hídrica. Março/2000.

Reservatório ARG

Curva de Aversão a Risco

Reservatório Armando Ribeiro Gonçalves

0.02.55.07.5

10.012.515.017.520.022.525.027.530.032.535.037.540.042.545.047.550.052.555.057.560.062.565.067.570.072.575.077.580.082.585.087.590.092.595.097.5

100.0

1-ja

n

1-fe

v

1-m

ar

1-a

br

1-m

ai

1-ju

n

1-ju

l

1-a

go

1-s

et

1-o

ut

1-n

ov

1-d

ez

1-ja

n

1-fe

v

1-m

ar

1-a

br

1-m

ai

1-ju

n

1-ju

l

1-a

go

1-s

et

1-o

ut

1-n

ov

1-d

ez

% V

olu

me

Úti

l

Q = 5,4 m³/s

Q = 7,2 m³/s

Q = 9,0 m³/s

Q = 10,8 m³/s

Q = 12,6 m³/s

Q = 14,4 m³/s

Q = 16,2 m³/s

Q = 18,0 m³/s

Reservatório ARG

2006

Época recomendada para a

Alocação Negociada de Águas

2005

2004

2003

2002

2001

19981999

RESERVATÓRIO ARMANDO RIBEIRO GONÇALVES

CURVAS DE AVERSÃO AO RISCO

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1/1

/an

o 1

1/2

/an

o 1

1/3

/an

o 1

1/4

/an

o 1

1/5

/an

o 1

1/6

/an

o 1

1/7

/an

o 1

1/8

/an

o 1

1/9

/an

o 1

1/1

0a

no

1

1/1

1/a

no

1

1/1

2/a

no

1

1/1

/an

o 2

1/2

/an

o 2

1/3

/an

o 2

1/4

/an

o 2

1/5

/an

o 2

1/6

/an

o 2

1/7

/an

o 2

1/8

/an

o 2

1/9

/an

o 2

1/1

0a

no

2

1/1

1/a

no

2

1/1

2/a

no

2

VO

LU

ME

ÚT

IL (

%)

Q = 5,4 m³/s Q = 7,2 m³/s

Q = 9,0 m³/s Q = 10,8 m³/s

Q = 12,6 m³/s Q = 14,4 m³/s

Q = 16,2 m³/s Q = 18,0 m³/s

52

Projeto de Cooperação Técnica

ANA / IRD

“MONITORAMENTO ESPACIAL

HIDROLÓGICO”

- AMAZÔNIA E SEMIÁRIDO

Vals – virtual altimetric stations

Visualizar as estações virtuais

24/11/2008

54

Visualizar as estações virtuais

24/11/2008

Env 306

Óbidos

Nivelamento de todos as escalas limnigraficas

Nível de água em vários lugares da várzea e no Rio

T536_4

0 250 500 750 1000

-20

-10

0EWD

MWD

Distance (m)

Me

as

ure

d c

ros

s s

ec

tio

n d

ep

th (

m)

23/11/0

2

01/02/0

3

12/04/0

3

21/06/0

3

30/08/0

3

08/11/0

3

17/01/0

4

27/03/0

4

-5.0

-2.5

0.0

2.5

5.0

7.5

Sao Felipe measured water stage

T536_4 altimetry data

Date

Hei

gh

t (m

) (m

ean

rem

ove

d)

T536_4

1.5 4.0 6.5 9.0 11.5

1000

4000

7000

10000

13000

H-z (m)

Dis

ch

arg

e (

m3

/s)

Série temporal (ENVISAT)

Curva chave

seção (ADCP)

Profundidade do Rio Negro em São Felipe

D = a(H-z)b

Fonte: Frédérique Seyler - IRD

56

Florações no Açude Armando Ribeiro Gonçalves/RN – 03 de Julho 2009

SENSORIAMENTO REMOTO

www.youtube.com/anagovbr www.twitter.com/anagovbr

Gracias!

Marcos Airton de Sousa Freitas Superintendência de Usos Múltiplos e Eventos Críticos

masfreitas@ana.gov.br | (+55) (61) 2109–5367

www.ana.gov.br