Modelos Hidrológicos
Prof. Benedito C. Silva
EHD222 - Modelagem Hidrológica Aplicada
Modelos hidrológicos - Introdução
Podem ser divididos em:
Simples Apenas chuva e vazão
ComplexosChuva, infiltração,
interceptação, água no solo, percolação, escoamento superficial,
escoamento sub-superficial, escoamento em rios,
evapotranspiração
Exemplo de modelos hidrológico simples O método racional
6,3AiCQp
Qp = vazão de pico (m3/s)C = coeficiente de escoamento do método racional (não confundir)i = intensidade da chuva (mm/hora)A = área da bacia (km2)
Apenas vazão máxima; não calcula volume nem forma do hidrograma- Aplicado para pequenas bacias- Eventos simples- Avaliações preliminares
Modelos hidrológicos mais complexos Principal objetivo original:
Estender séries de vazão no tempo e no espaço usando dados de precipitação.
Novos objetivos chuva-vazão Mudanças de clima Mudanças de vegetação Mudanças de uso do solo Base para modelos de qualidade de água com fontes pontuais e
difusas Base para modelos de transporte de sedimentos Estimativas de hidrogramas de projeto Acoplamento com modelos atmosféricos Previsão de vazão em tempo real com base na chuva observada
e prevista Auxiliar entendimento dos processos: testar hipóteses
Classificação de modelos
Quanto à descrição do processo Quanto à discretização espacial Quanto à extensão temporal
Tipos de modelos quanto à descrição dos processos Data driven (baseados em dados)
O que interessa é a entrada e a saída. Podem ser modelos black-box ou modelos conceituais simples, concentrados.
Process driven (baseados em processos) Descrevem os processos intermediários com detalhe.
Intermediários Aprofundam a descrição de alguns processos mas são
relativamente simplificados em outros.
Modelos detalhados – Process driven O exemplo mais clássico de um modelo
hidrológico realmente detalhado é o modelo SHE (Sistema Hidrológico Europeu).
Proposta do modelo SHE Um modelo hidrológico que utiliza todo o
conhecimento teórico disponível, de forma mais completa possível.
Proposta do modelo SHE Escoamento superficial: Equação de difusão em duas dimensões
sobre o terreno
Escoamento em canais: Equações de Saint-Venant completas
Escoamento subterrâneo: Equação de Darcy e de continuidade resolvida em duas dimensões
Escoamento sub-superficial: Equação de escoamento em meio poroso não saturado em uma dimensão (vertical) para cada grid-cell
Infiltração: método hortoniano
Evapotranspiração: Equação de Penman-Monteith
Decepção com modelo SHE Apesar de toda a complexidade, resultados não são
necessariamente melhores. Exige uma quantidade de dados que nem sempre
está disponível. Dependendo da escala em que os dados são
obtidos e da escala em que o modelo é aplicado pode ser necessária a calibração dos parâmetros:
valores efetivos dos parâmetros diferentes dos valores medidos no campo.
Modelos baseados em dados(data driven)
Modelos black-box (caixa preta) Modelos de redes neurais. Modelos função de transferência simples.
Modelos intermediários ou conceituais Usam a equação da continuidade, associada a uma
ou mais equações empíricas. Quase todos os modelos hidrológicos mais
conhecidos se encaixam nesta categoria: IPH2 Topmodel Stanford SMAP IPHS1 SWMM HEC-HMS
Classificação quanto à discretização espacial da bacia Concentrado Distribuído por sub-bacias Distribuído por módulos
Modelos Precipitação-Vazão
Características dos modelos Discretização das bacias : concentrado; distribuído por bacia;
distribuído por célula
Modelos semi-distribuídos
Modelos concentrados aplicados em sub-bacias unidas por uma rede de drenagem são, às vezes, denominados modelos semi-distribuídos.
Distribuídos x concentrados Vantagens distribuído
incorpora variabilidade da chuva
incorpora variabilidade das características da bacia
permite gerar resultados em pontos intermediários
Vantagens concentrado mais simples mais rápido mais fácil calibrar
Dados de entrada de modelos hidrológicos Dados fisiográficos da bacia (área, comprimento,
declividade, ...)
Precipitação
Vazão (sempre que o modelo tenha que ser calibrado)
Evapotranspiração evaporação de tanque variáveis meteorológicas
temperatura umidade relativa radiação solar pressão atmosférica velocidade do vento
Quanto à extensão temporal da simulação Eventos
Hidrologia urbana Eventos observados ou cheias de projeto Em geral pode-se desprezar evapotranspiração
Séries contínuas Representar cheias e estiagens Volumes, picos, recessões Evapotranspiração deve ser incluída
Módulo baciaGeração de escoamento na
baciaPropagação do escoamento
interno à bacia
Módulo rioPropagação de escoamento na
rede de drenagem
bacia
rio
reservatório
Estrutura básica dos modelos hidrológicos
Percolação
Processos do ciclo hidrológico representados em modelos
Interceptação
Depressões
chuva
Escoamentosuperficial
Infiltração
Armazenamentono solo
Armazenamentono subsolo
EscoamentoSub-superficial
Vazão no rio
evap
Modelos que serão estudados nesta disciplinaHEC-HMS Modelo de transformação chuva-vazão
(módulos bacia e rio), distribuído por sub-bacias, para simulação de eventos
HEC-RAS Modelo de propagação do escoamento
(apenas módulo rio)
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