modelagem hidrolÓgica em microbacia hidrogrÁfica da bacia do rio paraÍba do sul

MODELAGEM HIDROLÓGICA EM MODELAGEM HIDROLÓGICA EM

MICROBACIA HIDROGRÁFICA DA MICROBACIA HIDROGRÁFICA DA

BACIA DO RIO PARAÍBA DO SULBACIA DO RIO PARAÍBA DO SUL

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

O uso adequado do solo, favorecendo a infiltração, O uso adequado do solo, favorecendo a infiltração, possibilita a manutenção de um maior volume de água possibilita a manutenção de um maior volume de água armazenado, o que permite um maior controle das armazenado, o que permite um maior controle das oscilações das vazões nos cursos d’água.oscilações das vazões nos cursos d’água.

Os modelos hidrológicos são ferramentas utilizadas para Os modelos hidrológicos são ferramentas utilizadas para melhor entender e representar o comportamento melhor entender e representar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica (Tucci, 2002).hidrológico de uma bacia hidrográfica (Tucci, 2002).


Faltam métodos para estimar o efeito dos diversos Faltam métodos para estimar o efeito dos diversos fatores que interferem no processo de produção de fatores que interferem no processo de produção de escoamento superficial, tendo em vista que os métodos escoamento superficial, tendo em vista que os métodos desenvolvidos no exterior apresentam limitações quanto desenvolvidos no exterior apresentam limitações quanto ao seu uso para as condições edafoclimáticas ao seu uso para as condições edafoclimáticas brasileiras.brasileiras.

Fonte: Silva (2002).Fonte: Silva (2002).

Ciclo hidrológicoCiclo hidrológico

Fonte: Braga (2000).Fonte: Braga (2000).


A taxa de infiltração é obtida por meio da equação de A taxa de infiltração é obtida por meio da equação de Green-Ampt modificada por Mein-Larson (GAML):Green-Ampt modificada por Mein-Larson (GAML):

KKss = condutividade hidráulica do solo saturado, mm h = condutividade hidráulica do solo saturado, mm h-1-1;;

ΨΨff = pot. mat. do solo na frente de umedecimento, mmca; = pot. mat. do solo na frente de umedecimento, mmca;

θθss = umidade do solo saturado, cm = umidade do solo saturado, cm33 cm cm-3-3;;

θθii = umidade do solo no início da infiltração, cm = umidade do solo no início da infiltração, cm33 cm cm-3-3;;

I = infiltração acumulada, mm.I = infiltração acumulada, mm.

I

1KT isfsi


Objetivos:Objetivos:

Testar e aprimorar o modelo hidrológico HidroBacia, por Testar e aprimorar o modelo hidrológico HidroBacia, por meio de simulações do hidrograma de escoamento meio de simulações do hidrograma de escoamento superficial em uma microbacia hidrográfica experimental;superficial em uma microbacia hidrográfica experimental;


Objetivos:Objetivos:

Testar diferentes formas de obtenção dos parâmetros da Testar diferentes formas de obtenção dos parâmetros da equação de GAML usando o HidroBacia, visando equação de GAML usando o HidroBacia, visando identificar as opções que proporcionam as melhores identificar as opções que proporcionam as melhores estimativas da infiltração da água no solo e, estimativas da infiltração da água no solo e, conseqüentemente, do hidrograma de escoamento conseqüentemente, do hidrograma de escoamento superficial.superficial.

Mapas necessários para as simulações:Mapas necessários para as simulações:

1.1. Modelo digital de elevação;Modelo digital de elevação;

2.2. Direções de escoamento;Direções de escoamento;

3.3. Rede de drenagem numérica;Rede de drenagem numérica;

4.4. Interceptação pela cobertura vegetal (ICV);Interceptação pela cobertura vegetal (ICV);

5.5. Armazenamento superficial (ARM);Armazenamento superficial (ARM);

6.6. Rugosidade do terreno (coeficiente de Manning);Rugosidade do terreno (coeficiente de Manning);

7.7. Condutividade hidráulica do solo saturado (KCondutividade hidráulica do solo saturado (Kss););

8.8. Umidade inicial (Umidade inicial (θθii););

9.9. Umidade de saturação (Umidade de saturação (θθss););

Mapas necessários para as simulações:Mapas necessários para as simulações:

10.10.Potencial matricial na frente de umedecimento (Potencial matricial na frente de umedecimento (ψψff););

11.11.Capacidade de campo (CC);Capacidade de campo (CC);

12.12.Ponto de murcha permanente (PMP);Ponto de murcha permanente (PMP);

13.13.Coeficiente da cultura (KCoeficiente da cultura (Kcc); e); e

14.14.Taxa de infiltração estável (TTaxa de infiltração estável (Tieie).).

5,2H 6,1Q

Precipitação ocorrida no dia 20/03/2006

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0,0 12,0 24,0 36,0 48,0 60,0 72,0 84,0 96,0 108, 120,

Tempo (minutos)

Ch

uva

(m

m h

-1)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Vaz

ão (

L s

-1)

Chuva

Vazão

METODOLOGIAMETODOLOGIA

Combinações dos parâmetros da equação de GAMLCombinações dos parâmetros da equação de GAML

Potencial matricial na frente de umedecimentoPotencial matricial na frente de umedecimento ( (ff):):

1) Mein & Larson (1973);1) Mein & Larson (1973);

2) Rawls & Brakensiek (1983); e2) Rawls & Brakensiek (1983); e

3) Cecílio (2005).3) Cecílio (2005). Lâmina d’água

Zona de transmissão

s

i

H0

L

Superfície do solo

Frente de umedecimento



Condutividade hidráulica do solo na zona de transmissãoCondutividade hidráulica do solo na zona de transmissão::

1) K1) Kww = K = Kss (permeâmetro de carga constante); (permeâmetro de carga constante);

2) K2) Kww = T = Tieie; e; e

3) K3) Kww = 0,5 T = 0,5 TieieLâmina d’água

Zona de transmissão

s

i

H0

L

Superfície do solo

Frente de umedecimento



Umidade do solo na zona de transmissãoUmidade do solo na zona de transmissão::

1) 1) ww = = ss;;

2) 2) ww = 0,90 = 0,90 ss;;

3) 3) ww = 0,85 = 0,85 ss; e; e

4) 4) ww = 0,80 = 0,80 ss..


1

1 2 3

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

f

Kw

s

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


Número de simulações:Número de simulações:

3 (3 (ff) x 3 (K) x 3 (Kww) x 4 () x 4 (ww ) = 36 combinações testadas ) = 36 combinações testadas

36 x 14 eventos de precipitação = 504 simulações36 x 14 eventos de precipitação = 504 simulações

RESULTADOSRESULTADOS

Comb.Comb. d'd' c'c' E'E'EAMEAM

(mm)(mm)

REQMREQM

(mm)(mm)

EAPMEAPM

(%)(%)rr22 PP

(2-2-3)(2-2-3) 0,540,54 0,390,39 0,120,12 0,30,3 0,30,3 142142 0,52630,5263 0,0030,003

(2-2-4)(2-2-4) 0,540,54 0,390,39 0,120,12 0,30,3 0,30,3 142142 0,52630,5263 0,0030,003

(2-3-3)(2-3-3) 0,520,52 0,360,36 0,060,06 0,30,3 0,40,4 146146 0,47070,4707 0,0070,007

(2-3-4)(2-3-4) 0,510,51 0,340,34 0,000,00 0,30,3 0,40,4 150150 0,43630,4363 0,0100,010

(3-2-3)(3-2-3) 0,500,50 0,310,31 -0,04-0,04 0,40,4 0,40,4 154154 0,37760,3776 0,0190,019

(3-2-4)(3-2-4) 0,530,53 0,370,37 0,090,09 0,30,3 0,40,4 144144 0,48950,4895 0,0050,005

Simulações da LESSimulações da LES

Desempenho das 6 melhores combinações de dados de entrada da Desempenho das 6 melhores combinações de dados de entrada da equação de GAML:equação de GAML:

RESULTADOSRESULTADOS

Comb.Comb. d'd' c'c' E'E'EAMEAM

(L s(L s-1-1))

REQMREQM

(L s(L s-1-1))

EAPMEAPM

(%)(%)rr22 PP

(2-2-2)(2-2-2) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031

(2-2-3)(2-2-3) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031

(2-2-4)(2-2-4) 0,320,32 0,190,19 0,020,02 111,6111,6 131,7131,7 136136 0,33300,3330 0,0310,031

(2-3-2)(2-3-2) 0,330,33 0,190,19 0,030,03 110,8110,8 131,2131,2 135135 0,34220,3422 0,0280,028

(2-3-3)(2-3-3) 0,360,36 0,220,22 0,040,04 109,7109,7 130,0130,0 135135 0,35060,3506 0,0260,026

(2-3-4)(2-3-4) 0,400,40 0,250,25 0,030,03 110,2110,2 130,4130,4 136136 0,38200,3820 0,0180,018

(3-2-3)(3-2-3) 0,370,37 0,200,20 -0,05-0,05 119,7119,7 141,3141,3 141141 0,28990,2899 0,0470,047

(3-2-4)(3-2-4) 0,350,35 0,200,20 0,050,05 108,4108,4 131,2131,2 135135 0,33210,3321 0,0310,031

Simulações da vazão máximaSimulações da vazão máxima

Desempenho das 8 melhores combinações de dados de entrada da Desempenho das 8 melhores combinações de dados de entrada da equação de GAML:equação de GAML:

C om binação (2-2-3)



H idrogram a observado

0 25 50 75 100 125 150Te m p o , m in

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Va

zão

, L s

-1

Evento 2

(25/05/2005)





0 25 50 75 100 125 150Te m p o , m in

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Va

zão

, L s

-1

Evento 2

(25/05/2005)





0 50 100 150 200 250 300 350 400Te m p o , m in

0

50

100

150

200

250

300

350

400V

azã

o, L

s-1

Evento 6

(10/02/2006)





0 50 100 150 200 250 300 350 400Te m p o , m in

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Va

zão

, L s

-1

Evento 6

(10/02/2006)

CONCLUSÕESCONCLUSÕES

1)1) O balanço de massa do modelo HidroBacia foi corrigido O balanço de massa do modelo HidroBacia foi corrigido por meio de várias alterações no código-fonte do programa por meio de várias alterações no código-fonte do programa computacional, dentre elas, a substituição do método computacional, dentre elas, a substituição do método utilizado para a solução das equações do modelo de ondas utilizado para a solução das equações do modelo de ondas cinemáticas;cinemáticas;

ii Tixq

th


2)2) Das 36 combinações testadas (GAML), 6 apresentaram Das 36 combinações testadas (GAML), 6 apresentaram melhor desempenho na estimação dos hidrogramas de melhor desempenho na estimação dos hidrogramas de escoamento superficial. escoamento superficial.

ff KKww ww

Rawls & Rawls & Brakensiek (1983)Brakensiek (1983)

TTieie ou 0,5 T ou 0,5 Tieie 0,80 ou 0,85 0,80 ou 0,85 ss

Cecílio (2005)Cecílio (2005) TTieie 0,80 ou 0,85 0,80 ou 0,85 ss


3)3) Em virtude das alterações efetuadas, o HidroBacia Em virtude das alterações efetuadas, o HidroBacia passou da passou da versão 1.0versão 1.0 para a para a versão 1.1versão 1.1;;

4)4) O modelo HidroBacia ainda necessita de aprimora- O modelo HidroBacia ainda necessita de aprimora-mentos.mentos.

Alterações no modelo HidroBacia:Alterações no modelo HidroBacia:

Correção no balanço hídrico;Correção no balanço hídrico;

Correção no balanço de massa:Correção no balanço de massa:

- Solução do modelo de onda cinemáticas;- Solução do modelo de onda cinemáticas;

- Critério de empoçamento d'água na superfície do solo;- Critério de empoçamento d'água na superfície do solo;

- Comparações entre números reais;- Comparações entre números reais;

- Soma de hidrogramas advindos de áreas diferentes;- Soma de hidrogramas advindos de áreas diferentes;

- Outras correções.- Outras correções.

Otimização dos cálculos.Otimização dos cálculos.

modelagem hidrolÓgica em microbacia hidrogrÁfica da bacia do rio paraÍba do sul

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