regionalizaÇÃo automatizada de parÂmetros de …

135
Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA E AMBIENTAL MESTRADO REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE MODELOS CHUVA-VAZÃO INTEGRADA A UM SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Por Gerald Norbert Souza da Silva Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Federal da Paraíba para obtenção do grau de Mestre João Pessoa Paraíba Março de 2012

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Page 1: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

Universidade Federal da Paraíba

Centro de Tecnologia

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA E

AMBIENTAL – MESTRADO –

REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS

DE MODELOS CHUVA-VAZÃO INTEGRADA A UM SISTEMA

DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

Por

Gerald Norbert Souza da Silva

Dissertação de Mestrado apresentada à Universidade Federal da Paraíba

para obtenção do grau de Mestre

João Pessoa – Paraíba Março de 2012

Page 2: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

Universidade Federal da Paraíba

Centro de Tecnologia

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA URBANA E

AMBIENTAL – MESTRADO –

REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS

DE MODELOS CHUVA-VAZÃO INTEGRADA A UM SISTEMA

DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

Dissertação submetida ao Programa de

Pós-Graduação em Engenharia Urbana e

Ambiental da Universidade Federal da

Paraíba, como parte dos requisitos para a

obtenção do título de Mestre.

Gerald Norbert Souza da Silva

Orientador: Prof. Dr. Cristiano das Neves Almeida

Co-Orientador: Prof. Dr. Alain Marie Bernard Passerat de Silans

João Pessoa – Paraíba Março de 2012

Page 3: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

S586r Silva, Gerald Norbert Souza da. Regionalização automatizada de parâmetros de modelos

chuva-vazão integrada a um sistema de informações geográficas / Gerald Norbert Souza da Silva.- - João Pessoa, 2012.

135f. : il. Orientador: Cristiano das Neves Almeida Co-orientador: Alain Marie Bernard Passerat de Silans Dissertação (Mestrado) – UFPB/CT 1. Engenharia Urbana e Ambiental. 2. Regionalização.

3. Modelo chuva-vazão. 4. Características hidrográficas. UFPB/BC CDU: 62:711(043)

Page 4: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

Gerald Norbert Souza da Silva

REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE

MODELOS CHUVA-VAZÃO INTEGRADA A UM SISTEMA DE

INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

Dissertação aprovada em ___/___/___ como requisito para a obtenção do título de Mestre em

Engenharia Urbana e Ambiental do Centro de Tecnologia da Universidade Federal da Paraíba.

BANCA EXAMINADORA:

___________________________________________________

Prof. Dr. Cristiano das Neves Almeida – UFPB

(Orientador)

___________________________________________________

Prof.Dr. Alain Marie Bernard Passerat de Silans – UFPB

(Co-Orientador)

___________________________________________________

Prof. Dr. Celso Augusto Guimarães Santos – UFPB

(Examinador Interno)

___________________________________________________

Prof. Dr. José Carlos de Araújo – UFC

(Examinador Externo)

Page 5: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

AGRADECIMENTOS

Este trabalho envolveu a obtenção e o tratamento de muitos dados, realizadas graças à

ajuda de uma série de pessoas e suporte financeiro. Por isto, aproveito esta página para prestar

meus sinceros agradecimentos.

Ao Prof. Dr. Alain Marie Bernard Passerat de Silans, pela orientação deste e vários

outros trabalhos, a transmissão de conhecimentos com empatia e dedicação.

Ao Prof. Dr. Cristiano das Neves Almeida, pela orientação deste e vários outros

trabalhos, a transmissão de conhecimentos e informações-chave de vários problemas, a

conexão cientifica com Professores, Pesquisadores, outros trabalhos, dedicação à pesquisa,

amizade.

Ao Dr. Laudízio da Silva Diniz, pela orientação deste trabalho, transmissão de

conhecimentos e experiência no trabalho da tese vinculada com essa dissertação.

À Ana Cristina Souza da Silva pela companhia e ajuda em todos os avanços neste

caminho.

A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana e

Ambiental, em especial aqueles da área de recursos hídricos e saneamento ambiental.

A Deborah Barros pelo fornecimento dos dados hidrológicos do estado do Ceará.

Aos colegas e amigos da turma do mestrado, em especial aqueles que mais

conviveram comigo durante as atividades do curso: Yure, Petley e Victor.

À AESA (Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba), pela

disponibilização de dados.

A todos aqueles que participaram do tratamento e da analise de dados: André, Flávia,

Renato, Lucas, Uiara, Davi, Romero, Juliana.

À FINEP pelo suporte financeiro dado ao projeto DISPAB, número 55208, através do

qual foi possível o desenvolvimento desta dissertação.

Ao CNPq pela bolsa do tipo DTI (Desenvolvimento Tecnológico e Industrial).

Page 6: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

i

RESUMO

Uma das maiores dificuldades para os estudos de pequenas bacias hidrográficas é a

falta de séries históricas de dados hidrológicos, principalmente porque a fluviometria em

pequenas bacias hidrográficas não é monitorada. Outra questão importante é que, os modelos

chuva-vazão disponíveis quase sempre são desenvolvidos com foco em bacias de médio e

grande porte. Estudos de regionalização se tornaram uma ferramenta importante para tentar

superar essas limitações. A regionalização de parâmetros de modelos chuva-vazão, usando

características específicas das bacias hidrográficas, é adequada para a maioria dos estudos

hidrológicos. Uma ferramenta foi desenvolvida em um Sistema de Informação Geográfica,

que determina automaticamente as características físicas das bacias hidrográficas a partir de

um modelo digital de elevação, e, em seguida, gera os parâmetros do modelo chuva-vazão

com redes neurais artificiais. Este trabalho usa dados de pequenas barragens na região

semiárida do Nordeste do Brasil. A metodologia desenvolvida é aplicada e avaliada utilizando

também o método da bacia meta para a estimativa dos parâmetros. Os resultados mostram que

a ferramenta desenvolvida pode ser muito útil para o estudo da relação chuva-vazão em bacias

hidrográficas de pequeno porte.

Palavras-chave: regionalização, modelo chuva-vazão, características hidrográficas

Page 7: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

ii

ABSTRACT

A major difficulty for studies of small hydrological watersheds is the lack of good

quality time series of hydrologic data, mainly because the flow rates in small watersheds are

not monitored. Another important issue is that available rainfall–runoff models are almost

always developed focusing on watersheds of medium and large scale. Regionalization studies

have become an important tool to attempt to overcome these limitations. Suitable in most of

the hydrological studies is the regionalization of rainfall–runoff-model parameters by using

specific characteristics of a watershed. A tool was developed in a Geographic Information

System which automatically gets the physical characteristics of watersheds from a digital

elevation model by selecting the outlet and then generating the rainfall–runoff model

parameters with neural networks. This study uses data from small dams in the semi-arid

region of northeastern Brazil. The developed methodology is applied using target watersheds

for the parameter estimation. The results show that the developed tool can be very useful for

rainfall–runoff estimation in small watersheds.

Key-Words: regionalization; rainfall–runoff model; watershed characteristics

Page 8: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

iii

ÍNDICE

RESUMO .................................................................................................................................... i

ABSTRACT ............................................................................................................................... ii

ÍNDICE ...................................................................................................................................... iii

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................ v

LISTA DE TABELAS ............................................................................................................. vii

LISTA DE APÊNDICES ........................................................................................................ viii

LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................................ ix

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 11

2 ESTUDO BIBLIOGRÁFICO ................................................................................ 15

2.1 Regionalização de parâmetros de modelos chuva-vazão ................................ 15

2.2 Caracterização automatizada de bacias hidrográficas ..................................... 18

3 ÁREA DE ESTUDO .............................................................................................. 21

3.1 Clima ............................................................................................................... 21

3.2 Relevo ............................................................................................................. 22

3.3 Solos ................................................................................................................ 23

3.4 Geologia .......................................................................................................... 25

3.5 Açudes ............................................................................................................ 26

4 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 28

4.1 Caracterização de bacias hidrográficas ........................................................... 29

4.1.1 Atributos das bacias hidrográficas ............................................................. 29

4.1.2 Modelo Digital de Elevação ...................................................................... 31

4.1.3 Geoprocessamento ..................................................................................... 32

4.2 Simulação hidrológica .................................................................................... 34

4.2.1 Modelo SMAP ........................................................................................... 35

4.2.2 Modelo MODHAC .................................................................................... 36

4.2.3 Modelo HBV ............................................................................................. 37

Page 9: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

iv

4.2.4 Calibração automática dos modelos .......................................................... 38

4.3 Regionalização ................................................................................................ 45

4.3.1 Mineração de dados ................................................................................... 45

4.3.2 Regressão dos atributos morfológicos e dos parâmetros do modelo chuva-

vazão ................................................................................................................... 47

5 RESULTADOS ...................................................................................................... 52

5.1 Resultados da caracterização automática ........................................................ 52

5.1.1 Ferramenta para pré-processamento .......................................................... 52

5.1.2 Características da forma das bacias ........................................................... 54

5.1.3 Características da rede de drenagem .......................................................... 57

5.1.4 Características do relevo das bacias .......................................................... 61

5.1.5 Características da capacidade de escoamento das bacias hidrográficas .... 63

5.1.6 Quantificação das características obtidas na área de estudo ...................... 64

5.2 Resultados na simulação hidrológica .............................................................. 66

5.2.1 Dados de entrada dos modelos .................................................................. 66

5.2.2 Resultados com o modelo SMAP .............................................................. 67

5.2.3 Resultados do modelo MODHAC ............................................................. 77

5.2.4 Resultados modelo HBV ........................................................................... 78

5.3 Resultados da regionalização .......................................................................... 79

5.3.1 Resultado da mineração de dados .............................................................. 79

5.3.2 Redes Neurais Artificiais (RNA) ............................................................... 87

5.3.3 Ferramenta desenvolvida de regressão com RNA’s no SIG ..................... 97

5.3.4 Resultados da Verificação ......................................................................... 99

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES ............................................................ 101

7 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 104

APÊNDICES .............................................................................................................................. a

Page 10: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

v

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Estados Paraíba e Ceará - área de estudo na fase calibração e verificação ............. 21

Figura 2 – Precipitação média anual nos Estados do Ceará e da Paraíba ................................. 22

Figura 3 – Relevo dos estados Ceará e Paraíba (SRTM) ......................................................... 23

Figura 4 – Solos nos Estados do Ceará e da Paraíba (EMBRAPA, 2006) ............................... 24

Figura 5 – Sistema Aquiferos nos Estados da Paraíba e do Ceará (PARAIBA, 2004) e

FUNCEME (Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos) ................................ 26

Figura 6 – Açudes monitorados pela AESA no estado Paraíba e COGERH no estado Ceará

(PARAIBA, 2004) .................................................................................................................... 27

Figura 7 – Metodologia adotada ............................................................................................... 28

Figura 8 – Visualização 3D do MDE obtido a partir da imagem SRTM do estado Paraíba .... 32

Figura 9 – Geoprocessamento de imagens ............................................................................... 33

Figura 10 – Retirada de UML ‘Geoprocessor Programming Model’ do ArcGIS 9.x (ESRI,

2006) ......................................................................................................................................... 33

Figura 11 – Exemplo de Python Code ...................................................................................... 34

Figura 12 – Modelo SMAP modificado. .................................................................................. 35

Figura 13 – Esquema do modelo MODHAC ........................................................................... 37

Figura 14 - Estrutura do modelo HBV ..................................................................................... 38

Figura 15 – Entradas e saídas dos modelos hidrológicos ......................................................... 39

Figura 16 - Rede de postos pluviométricos e açudes monitorados........................................... 41

Figura 17 – Cotas monitoradas do açude Cacimba de Vázea (3838349). ................................ 44

Figura 18 - Arquitetura de uma Rede Neural Artificial tipo MLP (Perceptron Multi-Camadas)

.................................................................................................................................................. 47

Figura 19 - Conceito treinamento das RNA’s (STATSOFT, 2011; VALENÇA, 2007) ......... 49

Figura 20 - Método da bacia-meta (DINIZ, 2008) ................................................................... 51

Figura 21 – Ferramenta de pré-processamento......................................................................... 52

Figura 22 – Ferramenta para delimitação de bacias / Imagem da acumulação de fluxo no

ArcGIS ...................................................................................................................................... 53

Figura 23 – Ferramenta de parametrização de bacias hidrográficas ........................................ 54

Figura 24 – Perímetro e área das bacias na área de estudo....................................................... 55

Figura 25 – Exemplo de valores de raster de acumulação de fluxo / algoritmo rio principal .. 56

Figura 26 – Mapa de ArcMap com a rede de drenagem, linha do fundo, rio principal e

declividade para uma bacia....................................................................................................... 56

Page 11: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

vi

Figura 27 - As sub-bacias categorizadas com a ordem de Strahler .......................................... 60

Figura 28 – Ilustração ‘Interpolate Shape (3D Analyst)’ (ESRI, 2006) ................................... 61

Figura 29 – Ferramenta da interpolação da precipitação e visualização no ArcGIS ................ 66

Figura 30 – Hidrograma açude Glória (3854046) – vazões diárias de baixa magnitude. ........ 69

Figura 31 – Hidrograma Açude Coremas (3844014) - vazões diárias elevadas. ..................... 70

Figura 32 – Açude Coremas (3844014) - resultados mensais. ................................................. 70

Figura 33 - Histogramas de frequência - Açude Glória (3854046) (a) diário/ (b) mensal ....... 71

Figura 34 – Histogramas de frequência - Coremas (3844014) (a) diário / (b) mensal ............. 72

Figura 35 – Histograma do parâmetro STR ............................................................................. 75

Figura 36 - Histograma do parâmetro K2T .............................................................................. 76

Figura 37 - Histograma do parâmetro AI ................................................................................. 76

Figura 38 - Histograma do parâmetro CAPC ........................................................................... 77

Figura 39 - Hidrograma Açude Canafístula I (3838579) – Modelo MODHAC diário ............ 78

Figura 40 – Hidrograma Açude Canafístula I (3838579) – Modelo HBV diário ..................... 79

Figura 41 – Atributos morfológicos em relação ao componente 1 vs. o componente 2 .......... 80

Figura 42 – Índice t das bacias hidrográficas em relação às componentes 1 e 2 ...................... 81

Figura 43 – Análise de cluster - Dendograma obtido por meio do algoritmo de Ward ........... 84

Figura 44 - Análise de cluster – Dendograma obtido por meio do algoritmo ‘single linkage’ 85

Figura 45 - Análise de cluster – Dendograma obtido por meio do algoritmo ‘complete

linkage’ ..................................................................................................................................... 86

Figura 46 - Análise de cluster - Dendograma de atributos obtido por meio do algoritmo de

Ward ......................................................................................................................................... 87

Figura 47 – Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro STR do modelo SMAP .......... 89

Figura 48 – Resultado do treinamento da RNA para parâmetro STR com as três amostras

(treinamento, verificação, validação) ....................................................................................... 89

Figura 49 – Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro K2T do modelo SMAP .......... 90

Figura 50 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro K2T com as três amostras .... 91

Figura 51 - Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro Ai do modelo SMAP .............. 92

Figura 52 – Estrutura Rede Neural Artificial do parâmetro CAPC do modelo SMAP ............ 93

Figura 53 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro CAPC com as três amostras . 94

Figura 54 - Resultado do treinamento da Bacia Meta para parâmetro STR ............................. 97

Figura 55 – Ferramenta no ArcGIS para obtenção dos parâmetros ......................................... 97

Figura 56 – Hidrograma com dados mensais observados e calculados para o açude Potiretama

no Ceará. ................................................................................................................................... 99

Page 12: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Capacidades dos açudes monitorados pela AESA.................................................. 26

Tabela 2 – Atributos físicos da bacia hidrográfica ................................................................... 30

Tabela 3 – Atributos edafo-climáticos da bacia hidrográfica ................................................... 31

Tabela 4 - Resultados da função ‘Summary Statistics Analysis’ ............................................. 59

Tabela 5 – Matriz de correlação dos atributos físicos das 127 bacias hidrográficas estudadas 65

Tabela 6 – Evapotranspiração potencial para alguns municípios no Estado Paraíba (valores em

mm/dia) ..................................................................................................................................... 67

Tabela 7 – Desempenho do modelo SMAP para os todos os açudes calibrados...................... 68

Tabela 8 – Resultados da análise estatística básica .................................................................. 72

Tabela 9 – Resultados da calibração de todas as bacias hidrográficas ..................................... 74

Tabela 10 - Análise de componentes principais ....................................................................... 79

Tabela 11 - Matriz de Coeficientes dos Componentes Principais ............................................ 82

Tabela 12 – Amostragem das bacias hidrográficas para o treinamento das redes neurais ....... 88

Tabela 13 – Resultado do treinamento da RNA para parâmetro STR...................................... 90

Tabela 14 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro STR [pesos] .............................. 90

Tabela 15 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro K2T ...................................... 91

Tabela 16 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro K2T - [pesos] ........................... 92

Tabela 17 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro AI ......................................... 93

Tabela 18 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro AI [pesos] ................................. 93

Tabela 19 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro CAPC ................................... 94

Tabela 20 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro CAPC [pesos]........................... 94

Tabela 21 – Bacia Meta para parâmetro STR........................................................................... 95

Tabela 22 – Resultado do treinamento parâmetro STR usando método bacia meta ................ 96

Tabela 23 – Estatística básica dos resultados obtidos na verificação ..................................... 100

Page 13: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

viii

LISTA DE APÊNDICES

Apêndice A – Dados morfológicos das bacias na área de estudo ......................................... a

Apêndice B – Dados hidrológicos utilizados das bacias na área de estudo ......................... o

Apêndice C – Mineração de dados .......................................................................................... q

Page 14: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

ix

LISTA DE SÍMBOLOS

∆V ................................................................................................................. Variação do volume

A ............................................................................ área de drenagem de uma bacia hidrográfica

AESA ......................................... Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba

AG ............................................................................................................. Algoritmos Genéticos

AI ...................................................................... parâmetro do modelo SMAP – abstração inicial

CAPC ........................................................ parâmetro do modelo SMAP – capacidade de campo

CFS .......................... Correlation-based Feature Selection: algoritmo para seleção de atributos

Cmed ............................................................................................. elevação média da bacia (m/m)

COM . Component Object Model - comunicação entre processos e criação dinâmica de objetos

Ct ............................................. coeficiente de torrencialidade (número de cursos de água/km2)

D .................................................................................................................................... Demanda

DS ....................................................................................................... desnível específico (m/m)

E ................................................................................................................................. Evaporação

FO ....................................................................................................................... Função objetivo

I .................................................................................................................................... Infiltração

Ip ........................................................................................ índice de declividade média da bacia

K2T ................ parâmetro do modelo SMAP - constante de recessão do escoamento superficial

Kf ............................................................................................................. fator de forma da bacia

L600 ............................. lâmina anual que escoaria na bacia com precipitação anual de 600 mm

Ld ................................................................................. comprimento da rede de drenagem (km)

Lt ......................................................................... comprimento do curso de água principal (km)

MDE ................................................................................................ modelo digital da elevação.

MLP .................................................................................................. Perceptron Multi-Camadas

P ................................................................................................................................ Precipitação

P ................................................................. precipitação medida em uma estação meteorológica

Page 15: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

x

PAE .............................. percentagem da área da bacia hidrográfica coberta por espelho de água

Pr ....................................................................................... perímetro da bacia hidrográfica (km)

Q .............................................................................................. vazão de uma bacia hidrográfica

r ............................................................................................................. coeficiente de correlação

r2 ...................................................................................................... coeficiente de determinação

Ra ........................................................................................................................ índice das áreas

Rb ................................................................................................................ índice de bifurcação

Rl ......................................................................................................... índice dos comprimentos

RNA ...................................................................................................... Redes Neurais Artificiais

S ........................................................................................................................................ Sangria

SIG ..................................................................................... Sistemas de Informação Geográficas

SIN .................................................................................. sinuosidade do curso de água principal

Solo 1 ...................................................................... percentagem do solo pertencente à Classe I

Solo 2 ..................................................................... percentagem do solo pertencente à Classe II

Solo 3 ................................................................... percentagem do solo pertencente à Classe III

SRTM ................................................................................... Shuttle Radar Topography Mission

STR .......................................... parâmetro do modelo SMAP - capacidade de saturação do solo

SUDENE .................................................... Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste

UML ................................................................................................Unified Modeling Language

VBA ............................................................................................... Visual Basic for Applications

WEKA ............................................................... Waikato Environment for Knowledge Analysis

Page 16: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

11

1 INTRODUÇÃO

A crescente demanda por água e a multiplicidade de seus usos provocam em diversas

regiões crise de escassez e conflitos de interesse, competição institucional, perturbações

sociais e até obstáculos ao crescimento econômico e à preservação ambiental, o que resulta na

necessidade de gerenciamento dos recursos hídricos, sob seus aspectos quantitativos e

qualitativos (MOTA e AQUINO, 2001). Como a bacia hidrográfica foi definida como

unidade básica de planejamento pela Lei Federal n. 9433, de 1997, o gerenciamento de uma

bacia hidrográfica constitui o instrumento guia do poder público e da sociedade, em longo

prazo, na utilização e monitoramento dos recursos ambientais naturais, econômicos e

socioculturais (MOTA, 2005).

Para uma gestão adequada dos recursos hídricos por seus órgãos competentes são

necessárias várias ferramentas que dêem suporte para o processo de planejamento, de outorga,

operação de reservatórios, previsão e controle de cheias, previsão e controle de secas

prolongadas.

O monitoramento das fases do ciclo hidrológico é necessário para entender o

comportamento hidrológico da bacia hidrográfica, como vazão, precipitação, clima, qualidade

de água e transporte de sedimentos. Custos e problemas operacionais implicam em diversas

dificuldades na obtenção de dados monitorados, e causam carência ou baixa densidade

espacial destes tipos de dados, principalmente de séries longas de vazões, de dados

pluviográficos, de sedimentogramas e de dados de qualidade da água.

A reprodução dessas informações em bacias onde não existem dados exige a aplicação

de técnicas de regionalização. A regionalização é uma técnica utilizada para reproduzir

informações hidrológicas em locais onde não há disponibilidade de dados hidrológicos, a

partir de informações obtidas em locais “hidrologicamente semelhantes”. Na maioria dos

casos, especialmente no semiárido, as pequenas bacias hidrográficas não dispõem de

informações hidrológicas. Nestes casos, a regionalização hidrológica pode ser empregada para

transferir informações de locais com dados para sítios onde não há dados hidrológicos. A

regionalização se baseia nas técnicas de semelhança hidrológica, considerando que bacias

hidrográficas com características parecidas têm provavelmente um comportamento

hidrológico semelhante. A regionalização emprega técnicas estatísticas ou semelhanças físicas

de atributos morfo-edafo-climatológicos, entre outros.

Page 17: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

12

Dados para a obtenção desses atributos podem ser obtidos através de levantamento de

campo, de fotointerpretação, bem como da análise da resposta espectral de uma imagem de

observação da terra (Landsat, Spot, Meteosat/Goes). Além disto, nestas últimas décadas,

foram desenvolvidas ferramentas especiais para a geração e processamento de dados

espacializados, os Sistemas de Informação Geográficas (SIGs). Existem assim diversos

programas de computação nesta área, capazes de trabalhar com informações e dados

espaciais. Os programas são capazes de trabalhar diferentes informações em conjunto para a

geração de novas informações (TUCCI, 1993).

O desenvolvimento em tecnologia de computadores - a partir de microcomputadores e

até supercomputadores - têm motivado o aumento simultâneo de um impressionante conjunto

de novos modelos e programas. Estes programas são destinados a facilitar o uso de modelos e

a interação e comunicação entre os analistas ou modeladores e seus clientes. Estes

desenvolvimentos de programas e outros estão dando aos planejadores e gestores melhores

oportunidades para aumentar a sua compreensão dos sistemas de recursos hídricos (LOUCKS

e VAN BEEK, 2005). A tecnologia de Sistemas de Informação Geográficas (SIG) é fundada

sobre a capacidade de organizar as informações em uma série de camadas que podem ser

integrados com localização geográfica. Em um nível fundamental, cada banco de dados SIG é

organizado como uma série de camadas temáticas para representar e responder perguntas

sobre um determinado problema, como hidrologia (ARCTUR e ZEILER, 2004).

Segundo Tucci (1993), o uso de técnicas de geoprocessamento para o levantamento de

dados pode demandar custos elevados. Entretanto, o avanço das técnicas de processamento de

dados e, em especial, do geoprocessamento, como também das potencialidades oferecidas

pela informática promovem a possibilidade de automatização da obtenção de parâmetros de

bacias hidrográficas. Estas técnicas podem reduzir tempo e custo da geração de dados

importantes para a gestão de recursos hídricos. Este é um dos principais benefícios oferecidos

com o desenvolvimento do trabalho em questão.

Este trabalho é parte da pesquisa do projeto DISPAB (Metodologias para definição da

disponibilidade hídrica em pequenos açudes e pequenas bacias hidrográficas da região

semiárida do Brasil), financiado pela FINEP (Financiadora de Estudos e Projetos), sob

número 55208, que foi iniciado em abril 2008 e concluído em janeiro de 2012. Um dos

componentes do DISPAB tem por objetivo a simulação hidrológica em pequenas bacias

hidrográficas do semiárido brasileiro, não instrumentadas, por meio de técnicas de

regionalização. Uma metodologia foi elaborada, baseada no trabalho de Diniz (2008), que

Page 18: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

13

oferece uma nova proposta de regionalização de parâmetros de modelos chuva-vazão,

utilizando técnicas de aprendizagem supervisionada e não supervisionada, assim como redes

neurais artificiais. Na metodologia proposta por esse autor, o trabalho mais oneroso em

relação ao tempo gasto, consiste na determinação dos parâmetros físicos descritores das

bacias, pois estes dados eram levantados da forma tradicional. A automatização dessa tarefa,

fruto desta dissertação, se constitui importante contribuição para a aplicação daquela

metodologia.

O objetivo geral deste trabalho foi de desenvolver uma ferramenta, mais

especificamente algoritmos, para calcular as características físicas de bacias hidrográficas

automaticamente, usando técnicas de geoprocessamento e uma linguagem de programação

para ser posteriormente aplicada à técnica de regionalização de parâmetros de um modelo

chuva-vazão proposta por Diniz (2008).

Como objetivos específicos têm-se:

• Obtenção e interpretação dos parâmetros físicos da bacia a partir de imagens de

satélite com auxílio de em uma linguagem de programação e um Sistema de

Informações Geográficas;

• Fornecimento de uma biblioteca e um GUI (Graphical User Interface) para

tratamento e obtenção dos atributos físicos de bacias hidrográficas;

• Geração de séries históricas da vazão através de níveis dos açudes monitorados por

meio da equação do balanço hídrico dos açudes;

• Calibração de modelos chuva-vazão com as vazões obtidas e obtenção dos

parâmetros do modelo chuva-vazão;

• Análise de regressão entre atributos físicos – parâmetros do modelo chuva-vazão

• Aplicação e validação da ferramenta com vista à regionalização e regressão dos

parâmetros do modelo chuva-vazão com redes neurais.

A dissertação é divida na seguinte forma: neste primeiro capítulo (INTRODUÇÃO,

acima a partir página 11) relata-se uma contextualização abrangendo o tema da pesquisa e os

principais componentes do trabalho, como também os objetivos que se pretende alcançar com

este trabalho. No segundo capítulo (ESTUDO BIBLIOGRÁFICO, página 15) são

apresentadas referências teóricas dos dois principais elementos do trabalho - a regionalização

e a caracterização automatizada das bacias hidrográficas. As características edafo-climáticas,

fisiográficas da área de estudo são explicadas no capítulo três (ÁREA DE ESTUDO, a partir

Page 19: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

14

página 21). No quarto capítulo (MATERIAIS E MÉTODOS, página 28) é descrita a

metodologia adotada para atingir os objetivos propostos. Os resultados das várias etapas da

dissertação, como a automatização da extração dos atributos de bacias hidrográficas, a

simulação hidrológica e a regionalização serão descritos no quinto capítulo (RESULTADOS,

página 52). Enfim, no último capítulo (CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES, página 101)

são apresentadas as considerações finais em relação aos resultados obtidos durante a pesquisa

e feitas algumas recomendações para estudos futuros.

Page 20: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

15

2 ESTUDO BIBLIOGRÁFICO

Este capítulo está compartimentado em duas partes, de acordo com os dois elementos

principais que serão empregados na metodologia para alcançar os resultados desejados. Na

primeira parte será realizada uma abordagem teórica sobre a regionalização de parâmetros de

modelos chuva-vazão e sobre métodos para sua determinação. Na segunda, serão abordadas

referências sobre a caracterização automatizada de bacias hidrográficas.

2.1 Regionalização de parâmetros de modelos chuva-vazão

A regionalização de parâmetros de modelos chuva-vazão pode ser alcançada através

de correlações entre características físicas e climáticas das bacias hidrográficas e os

parâmetros do modelo. De acordo com Tucci (1993), a regionalização consiste num conjunto

de ferramentas que exploram ao máximo as informações existentes, objetivando a estimativa

das variáveis hidrológicas em locais com carência de dados.

Existem vários métodos da regionalização, entre eles a regionalização de funções

estatísticas de variáveis hidrológicas (por exemplo, curva de probabilidade de cheias), a

regionalização de funções específicas que relacionam variáveis (por exemplo, curva de

permanência) ou, como aplicada neste trabalho, a regionalização de parâmetros de modelos

hidrológicos. Segundo Tucci (1993), os modelos hidrológicos nem sempre apresentam

relações definidas entre as características físicas do sistema e os seus parâmetros, o presente

trabalho analisou estas relações.

Existem diversas experiências positivas na aplicação de regionalização hidrológica em

locais com dados de má qualidade ou mesmo sem dados, como pode ser visto a seguir.

Em um estudo na Áustria, Parajaka et al. (2005) examinaram o desempenho de vários

métodos para a transposição de parâmetros de um modelo numa bacia monitorada para uma

bacia não monitorada. Nesse estudo, foram calibrados onze parâmetros de um modelo chuva-

vazão diário com dados de 320 bacias. Os resultados indicaram dois métodos com melhor

desempenho. O primeiro é uma abordagem pela krigagem, no qual os parâmetros do modelo

são regionalizados independentemente um do outro baseados na correlação espacial. O

segundo é uma abordagem semelhante, no qual o conjunto completo de parâmetros do modelo

é transposto de uma bacia com dados para outra que é semelhante em termos de seus atributos

fisiográficos (elevação média da bacia, densidade da rede de drenagem, índice dos açudes,

proporção de área dos aquíferos porosos, uso da terra, solos e geologia). Para o período de

calibração, a eficiência do modelo diário (coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe - CE) foi

Page 21: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

16

de 0,67 pelos dois métodos, em comparação o valor CE para as simulações do modelo

hidrológico com os dados observados foi de CE = 0,72. Para o período de verificação, os

coeficientes de eficiência correspondentes foram um pouco menores (0,62 e 0,66).

Seibert (1999) fez um estudo na Suécia com o modelo chuva-vazão HBV

(BERGSTRÖM, 1976) que apresentou resultados semelhantes. Os valores reff (coeficiente de

correlação) das simulações ficaram entre 0,79 e 0,88 para a maioria das bacias hidrográficas.

Ele ressaltou que relações entre a porcentagem de açudes e parâmetros do solo não poderiam

ser explicados com a base física do modelo, mas sim pelo efeito dominante dos açudes sobre

as variações de escoamento.

Um estudo na Austrália (POST e JAKEMAN, 1999) mostrou que as relações regionais

entre as características hidrológicas do modelo e as características da bacia podem ser usadas

para fazer uma previsão das vazões diárias em bacias hidrográficas não monitoradas. No

entanto, alguns dos hidrogramas de vazões resultantes destas previsões foram insatisfatórios,

indicando que as relações entre os atributos da bacia e as características da resposta

hidrológica não foram suficientemente bem compreendidas. O fato de que os resultados

obtidos foram razoáveis para muitas bacias hidrográficas é provavelmente devido à

semelhança destas bacias, tanto em termos de seus atributos morfológicos como em função

das respostas hidrológicas.

Hennrich et al. (1997) estudaram na Alemanha a problemática das relações de

parâmetros espaciais relevantes para a modelagem hidrológica. Neste estudo, modelos

hidrológicos físicos e sistemas de informação geográficas (SIG) foram aplicados para

investigar as relações entre parâmetros morfológicos e processos hidrológicos em diferentes

escalas espaciais. Os resultados mostram a importância da morfologia para os parâmetros

hidrológicos. O estudo mostra uma alta dependência dos parâmetros morfológicos à escala,

neste caso à resolução do MDE (modelo digital da elevação).

A regionalização de modelos chuva-vazão é necessária para muitas bacias

hidrográficas, onde dados de vazão apropriados não são disponíveis. Mais recentemente, a

abordagem da regionalização com bacias hidrográficas ‘doadoras’ tem sido aplicada com

sucesso para proporcionar valores de parâmetros do modelo chuva-vazão. No entanto, esta

abordagem é menos atrativa para as regiões onde o número de bacias hidrográficas adequadas

disponíveis para derivar os parâmetros do modelo é baixo. Neste caso, a abordagem com uma

regressão que considera características de bacias hidrográficas disponíveis na base de dados

de SIG pode ser mais apropriada (GIBBS, MAIER e DANDY, 2012). O estudo de Gibbs et al

Page 22: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

17

(2012) propõe uma estrutura genérica para permitir uma regionalização sistemática para uma

região com poucos dados, considerando a identificação dos parâmetros do modelo chuva

vazão através de uma abordagem multi-objetivo, e uma análise de sensibilidade incluindo a

análise das interações entre os parâmetros. A abordagem desenvolvida foi aplicada a modelos

concentrados e distribuídos, com a finalidade de investigar os benefícios da adoção de

modelos distribuídos para representar a heterogeneidade de bacias hidrográficas. Os

resultados indicam que uma abordagem de regressão adequada pode ser desenvolvida para a

região analisada, que pode superar o desempenho dos parâmetros calibrados diretamente no

período de validação, devido à representação mais precisa do processo de recarga. No entanto,

nenhum benefício foi encontrado para aplicar a abordagem a uma escala distribuída,

provavelmente devido a problemas de escala com os valores dos parâmetros de modelo

chuva-vazão.

A previsão em bacias não monitoradas é uma tarefa importante para o planejamento e

gestão dos recursos hídricos e ainda é um desafio fundamental para a comunidade

hidrológica. Um estudo (LI, SHAO, et al., 2010) propõe um método de regionalização,

chamado de modelo de índice. O modelo de índice estabelece uma relação não-paramétrica

entre cada parâmetro preditivo e uma combinação linear de predicadores. Este método é capaz

de descrever uma ampla variedade de funções, lineares ou não lineares, e evita a especificação

potencialmente errada que geralmente ocorre como a utilização da regressão linear normal. O

método foi aplicado prevendo curvas de duração de fluxo em 227 microbacias no sudeste da

Austrália. O estudo também compara os resultados de modelos regionais com base na

regressão linear, algoritmo do vizinho mais próximo e similaridade hidrológica. Os resultados

mostram que o modelo de índice produz uma previsão mais precisa com maiores coeficientes

de eficiência, seguido pela regressão linear. O modelo de índice melhora o desempenho do

modelo em bacias onde a regressão linear não é suficiente.

Métodos de regionalização são freqüentemente usados em hidrologia para análise de

tendências regionais e análise de freqüência de inundações, vazões baixas e de outras

variáveis. Durante as duas últimas décadas existe um considerável esforço para análise e

desenvolvimento de processos de regionalização. No entanto, dado que nenhum procedimento

único tem sido demonstrado para se obter resultados aceitáveis universalmente, vários

métodos de regionalização estão em uso (RAOA e SRINIVASB, 2006). No trabalho de Raoa

e Srinivasb (2006), análises de agrupamento, que usam o procedimento de agrupamento

híbrido para identificar grupos de bacias hidrográficas semelhantes, foram investigadas para

Page 23: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

18

determinar sua eficácia na regionalização. Os algoritmos de agrupamento hierárquicos

utilizados foram single linkage, complete linkage e o algortimo de Ward, enquanto o

algoritmo de agrupamento parcial utilizado foi o algoritmo K-means. A eficácia da análise de

cluster híbrido na regionalização foi investigada usando dados de bacias hidrográficas em

Indiana (EUA). A análise mostrou que o agrupamento híbrido pode ser útil na redução do

esforço necessário para identificar regiões homogêneas. Os algoritmos híbridos de Ward e K-

mean são recomendados para utilização. Os autores ressaltaram que o método híbrido

proporciona uma flexibilidade suficiente e oferece perspectivas de melhoria em estudos de

regionalização.

Diniz (2008) ressaltou que a regionalização hidrológica é uma ferramenta muito

popular usada para permitir aos hidrólogos utilizar dados medidos em um determinado lugar

para aplicações em outros locais sem dados ou com dados de má qualidade. A regionalização

hidrológica é considerada de uso complexo, nunca está totalmente concluída ou

suficientemente confiável, não significando, entretanto, que não possa ser usada. Se

corretamente empregada, torna-se muito importante nos estudos hidrológicos de grande

escala. A regionalização usa princípios e lógicas desenvolvidas em uma grande variedade de

disciplinas que, de alguma forma, estão relacionados à hidrologia e à regionalização

propriamente dita.

2.2 Caracterização automatizada de bacias hidrográficas

Segundo Tucci (1993), dados fisiográficos de uma bacia hidrográfica são todos

aqueles que podem ser extraídos de mapas, fotografias aéreas e imagens de satélite. Um

arquivo digital que representa a variação real contínua do relevo de um terreno, chamado

modelo digital de elevação (MDE) pode ser empregado para analisar a fisiografia de uma

bacia hidrográfica.

Já existem diversas ferramentas desenvolvidas para extrair características da bacia

através de um modelo digital de elevação (MDE). Por exemplo, Lin (2008) desenvolveu o

programa ‘WinBasin’ que pode calcular automaticamente a rede de drenagem, delinear as

bacias hidrográficas ou sub-bacias hidrográficas e calcular os índices geomorfológicos e

hidrológicos a partir de modelos digitais de elevação. Nesse trabalho vários algoritmos

melhorados juntamente com técnicas de geoprocessamento foram propostos para a análise

automática de bacias hidrográficas. O trabalho concentrou-se mais no aperfeiçoamento da

Page 24: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

19

geração dos dados de base, como a geração da rede de drenagem (pré-processamento) do que

na obtenção dos atributos morfológicos da bacia hidrográfica.

Pérez-Peña et al., (2009) desenvolveram uma ferramenta para a extração automática

das curvas hipsométricas e seus momentos estatísticos. Eles concluíram que a principal

vantagem desta ferramenta é que o usuário pode facilmente extrair múltiplas curvas

hipsométricas diretamente a partir do software ArcGIS e calcular as principais estatísticas

relacionadas a estas curvas.

O Departamento de Agricultura dos EUA (USDA) desenvolveu NRCS GeoHydro 9x,

uma aplicação ArcGIS, para determinar a bacia hidrográfica, pontos de drenagem, linhas de

drenagem, inclinação, número de curva de escoamento, o caminho mais longo do fluxo, o

tempo de concentração, e a seção transversal do rio (MERKEL, KAUSHIKA e GORMAN,

2008).

Muito conhecido e aplicado para a gestão de recursos hídricos é o programa

ArcHydro. Ele é uma ferramenta ou estrutura para ArcGIS que junta dados hidrológicos com

a modelagem de recursos hídricos e métodos de tomada de decisão. O ArcHydro ajuda a

construir um conjunto de dados que pode ser integrado com os modelos de recursos hídricos.

O modelo de dados do ArcHydro padroniza estruturas de dados que podem ser usados de

forma consistente e eficiente para resolver problemas de recursos hídricos em qualquer escala

espacial (MAIDMENT, 2002), mas essa ferramenta não disponibiliza a extração automatizada

de características de bacias hidrográficas.

Especialmente na área de hidrologia várias aplicações foram desenvolvidas usando o

MDE. Um método baseado em SIG para calcular o acúmulo de fluxo considerando barragens

foi desenvolvido por Schäuble et al. (2008), com uma extensão do algoritmo D8 para

considerar também as barragens, com o objetivo de melhorar um algoritmo já conhecido e a

automação em ArcGIS.

A caracterização de bacias hidrográficas e sistema de modelagem (watershed

characterization and modeling system - WCMS) foram desenvolvidos para um sistema de

apoio à decisão para a gestão dos recursos hídricos em nível estadual na Virgínia Ocidental

(STRAGER, FLETCHER, et al., 2010). O programa incorpora espacialmente funções

hidrológicas baseadas na imagem de raster e em vários critérios de apoio à decisão e facilita a

gestão em uma interface SIG.

Page 25: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

20

Em estudo realizado por Jena & Tiwari (2006) os atributos da bacia foram obtidos por

meio do sistema de informação geográfica (SIG) e as correlações entre os parâmetros do

hidrograma unitário e atributos geomorfológicos foram investigadas. Os autores ressaltam

que: usando técnicas de SIG, a extração de todos os atributos de drenagem da bacia

hidrográfica, bem como os parâmetros da rede de drenagem é fácil e mais rápida. Os erros

que ocorrem com métodos manuais de extração de atributos geomorfológicos e erros de

medição devido a instrumentos podem ser evitados se um SIG for utilizado com esta

finalidade.

Em nosso dia a dia, os dados geoespaciais têm tomado um lugar importante que nos

permitem acessar sempre uma grande quantidade de dados. Os dados geoespaciais são

onipresentes. Um dos desafios que estamos enfrentando hoje é dar sentido a essa vasta

quantidade de dados a fim de transformá-los em informações compreensíveis para apoiar os

processos de decisão. Isso exige capacidade de análise que as atuais infra-estruturas de Dados

Espaciais não podem fornecer inteiramente. Além disso, o aumento da resolução espacial e

temporal dos dados geoespaciais provoca um enorme desafio para o cálculo. O processamento

de dados de sensoriamento remoto com alta resolução requer recursos computacionais de alta

capacidade de armazenamento de dados. A exploração de dados, a análise e a interpretação é

um processo multivariável considerando tipos de imagem de satélite, áreas geográficas,

composição do solo, cobertura vegetal, e do contexto (por exemplo, nuvens, neve e estação).

Todas essas condições específicas e variáveis necessitam de ferramentas flexíveis e interfaces

apropriadas para apoiar uma pesquisa ideal para as soluções adequadas (GIULIANI, RAY e

LEHMANN, 2011).

Page 26: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

21

3 ÁREA DE ESTUDO

A área de estudo compreende bacias hidrográficas disseminadas no Estado da Paraíba,

para o desenvolvimento do modelo; e no Ceará, para a verificação do modelo. A Paraíba

localiza-se no leste do Nordeste Brasileiro entre os paralelos 6º03’ e 8º20’ de latitude sul e

38°10’ e 34º48’ de longitude oeste. Já, o Estado do Ceará é um Estado vizinho da Paraíba,

com características pedológicas e climatológicas semelhantes e está localizado entre os

paralelos 2°44’ e 7°47’ latitude sul 41°39' e 37°16' longitude oeste. A grande maioria das

bacias estudadas pertence à região semiárida brasileira.

Figura 1 – Estados Paraíba e Ceará - área de estudo na fase calibração e verificação

A Paraíba tem uma área de 56.439,838 km² e o Ceará, uma área de 148.825,602 km².

A Paraíba possui 223 municípios e uma população de 3.641.395 habitantes e o Ceará 184

municípios com uma população de 8.452.381 habitantes (IBGE, 2010).

3.1 Clima

O clima tropical semiárido no Brasil caracteriza-se pelo regime e pela quantidade de

chuvas, determinado pela escassez, irregularidade espacial e concentração das precipitações

pluviométricas. Na região semiárida, as chuvas anuais variam de um mínimo de 400 mm a um

máximo de 800 mm ao ano, existindo, em alguns casos, áreas situadas nas isoietas de 1.000

mm, como acontece em pequenas faixas do litoral do Estado do Ceará, conhecidas como

Caatinga Litorânea (MIN, 2005).

Ceará

Piauí

Paraíba

Rio Grande do Norte

Pernambuco Pernambuco

35°0'0"W36°0'0"W37°0'0"W38°0'0"W39°0'0"W40°0'0"W41°0'0"W

3°0'0"S

4°0'0"S

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6°0'0"S

7°0'0"S

8°0'0"S

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Nordeste Brasil

América do Sul

Atlantico

0 120 240 360 48060

Kilometers

Page 27: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

22

A Figura 2 mostra a distribuição espacial da precipitação média anual nos estados do

Ceará e da Paraíba. A imagem foi gerada através dos dados dos postos pluviométricos e uma

interpolação com o método do inverso da distância ao quadrado. Foram usados os dados

pluviométricos dos últimos 18 anos (1994 a 2011). Pode ser observada uma área extensa com

precipitação baixa (vermelho).

Figura 2 – Precipitação média anual nos Estados do Ceará e da Paraíba

3.2 Relevo

O relevo do semiárido foi formado durante milhões de anos na história da terra. O

clima desta região é um fator importante na composição deste processo e vice-versa. O

resultado são formações de relevo no semiárido como, por exemplo, Chapadas altas, Planalto

da Borborema, Depressão Sertaneja, Bacias Sedimentares. O relevo do Estado Paraíba

apresenta-se bastante diversificado, formado por diferentes processos, atuando sob climas

distintos e sobre rochas muito diferenciadas (PARAIBA, 2004). Na Figura 3, o relevo dos

Estados é visualizado usando os mosaicos da SRTM (Shuttle Radar Topography Mission).

Ceará

Paraíba

Pernambuco

Rio Grande do Norte

Piauí

35

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35

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40

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4°0'0"S

4°30'0"S

5°0'0"S

5°30'0"S

6°0'0"S

6°30'0"S

7°0'0"S

7°30'0"S

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Kilometers

Legenda

Precipitação média

[mm]

Máximo : 1747

Minimo : 375

¯

Page 28: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

23

Figura 3 – Relevo dos estados Ceará e Paraíba (SRTM)

3.3 Solos

Para o escoamento fluvial, o tipo de solo é um fator importante. Como o relevo,

também a heterogeneidade de solos existente nos Estados do Ceará e da Paraíba está

relacionada ao clima regional. A distribuição dos solos na região de estudo foi obtida através

da EMBRAPA, que elaborou mapas para todos os Estados no nordeste brasileiro. A Figura 4

mostra os solos encontrados nos Estados do Ceará e da Paraíba. Os solos na região semiárida

com um sistema de aquífero cristalino são rasos e pedregosos e os rios são intermitentes.

Ceará

Piauí

Paraíba

Pernambuco

Rio Grande do Norte

34

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34

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35

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36

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37

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37

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38

°30

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39

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39

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40

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41

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41

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3°0'0"S

3°30'0"S

4°0'0"S

4°30'0"S

5°0'0"S

5°30'0"S

6°0'0"S

6°30'0"S

7°0'0"S

7°30'0"S

8°0'0"S60 0 60 120 180 24030

Kilometers

Legenda

Altimetria

[m]

Máximum : 1176

Minimum : 0

¯

Page 29: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

24

Figura 4 – Solos nos Estados do Ceará e da Paraíba (EMBRAPA, 2006)

Cea

Pia

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33°30'0"W

34°0'0"W

34°30'0"W

35°0'0"W

35°30'0"W

36°0'0"W

36°30'0"W

37°0'0"W

37°30'0"W

38°0'0"W

38°30'0"W

39°0'0"W

39°30'0"W

40°0'0"W

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41°0'0"W

41°30'0"W

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Page 30: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

25

3.4 Geologia

O sistema aqüífero cristalino predomina nos Estados da Paraíba e do Ceará. Na

Paraíba este sistema ocupa cerca de 87% da área estadual (PARAIBA, 2004), no Ceará as

rochas cristalinas ocupam uma área que corresponde cerca de 85% da área do Estado

(IPLANCE, 1995). A área de estudo é inserida no sistema cristalino localizado na região

semiárida dos Estados.

O sistema cristalino no Estado da Paraiba é constituído de três mega-associações lito-

estratigráficas: (1) rochas constituintes do embasamento do Sistema, de idades Arquena e/ou

Paleoproterozóica, representadas por migmatitos, ortognaisses e granitóides diversos; (2)

rochas constituintes de coberturas supracrustais, de idades Paleo, Meso e Neoproterozóica,

representadas por metasedimentos diversos, com predominância de xistos e,

subordinadamente, por outros metasedimentos, como quartzitos, meta-arcósios, filitos,

calcários cristalinos (mármores) e outras rochas calco-silicáticas; e (3) os granitóides diversos

(granitos, granodioritos, dioritos, etc.), que penetram as referidas rochas supracrustais ou

estão, geneticamente, associados à origem das mesmas, através do processo de migmatização

(PARAIBA, 2004). A maior parte do Ceará e parte da Paraíba está contida na Depressão

Sertaneja, com uma superfície extensa de pediplanação com pequenos inselbergues e a bacia

sedimentar cretácea, com altitude média entre 200 e 250 m, podendo chegar a 700 m nas

serras típicas do cristalino (SUDENE, 1972).

Page 31: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

26

Figura 5 – Sistema Aquiferos nos Estados da Paraíba e do Ceará (PARAIBA, 2004)

e FUNCEME (Fundação Cearense de Meteorologia e Recursos Hídricos)

3.5 Açudes

Inicialmente, foram utilizadas as informações relativas aos 123 açudes monitorados

pela Agência Executiva de Gestão das Águas do Estado da Paraíba – AESA (ver Figura 6). Os

açudes monitorados apresentam tamanhos e volumes diversificados e períodos de observações

variáveis (ver Tabela 1). Ao final, um total de 63 bacias hidrográficas de reservatórios tinha

dados suficientes para o desenvolvimento do trabalho. As bacias hidrográficas dos açudes

selecionados estão também localizadas na região semiárida.

Tabela 1 – Capacidades dos açudes monitorados pela AESA

Classes de capacidade (m³) N° de açudes Período de observações

< 1.000.000 20 Variável de 1994 a 2009

de 1.000.000 a 5.000.000 36 Variável de 1994 a 2009

de 5.000.000 a 20.000.000 34 Variável de 1994 a 2009

de 20.000.000 a 100.000.000 26 Variável de 1994 a 2009

> 100.000.000 5 Variável de 1994 a 2009

Ceará

Piauí

Paraíba

Pernambuco

Rio Grande do Norte

33

°30

'0"W

34

°0'0

"W

34

°30

'0"W

35

°0'0

"W

35

°30

'0"W

36

°0'0

"W

36

°30

'0"W

37

°0'0

"W

37

°30

'0"W

38

°0'0

"W

38

°30

'0"W

39

°0'0

"W

39

°30

'0"W

40

°0'0

"W

40

°30

'0"W

41

°0'0

"W

41

°30

'0"W

3°0'0"S

3°30'0"S

4°0'0"S

4°30'0"S

5°0'0"S

5°30'0"S

6°0'0"S

6°30'0"S

7°0'0"S

7°30'0"S

8°0'0"S

Legenda

Sistemas Aquiferos Paraiba

Sistema Aquífero Cristalino

Sistema Sedimentar

Sistemas Aquiferos Ceara

Tabuleiro Pré-Litorâneo

areas sub_umidas

depressao sertaneja (Sistema Aquifero Cristalino)

maciço residual

planalto calcario

planalto sedimentar

70 0 70 140 210 28035

Kilometers

¯

Page 32: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

27

Figura 6 – Açudes monitorados pela AESA no estado Paraíba e COGERH no estado

Ceará (PARAIBA, 2004)

Para a validação da técnica de regionalização, foram usadas as vazões afluentes de

reservatórios do Estado do Ceará. As bacias hidrográficas utilizadas também se localizam na

região semiárida daquele Estado. As vazões afluentes a 24 reservatórios foram fornecidas pela

Companhia de Gestão dos Recursos Hídricos (COGERH) do Estado do Ceará.

Ceará

Piauí

Paraíba

Pernambuco

Rio Grande do Norte

33

°30

'0"W

34

°0'0

"W

34

°30

'0"W

35

°0'0

"W

35

°30

'0"W

36

°0'0

"W

36

°30

'0"W

37

°0'0

"W

37

°30

'0"W

38

°0'0

"W

38

°30

'0"W

39

°0'0

"W

39

°30

'0"W

40

°0'0

"W

40

°30

'0"W

41

°0'0

"W

41

°30

'0"W

3°0'0"S

3°30'0"S

4°0'0"S

4°30'0"S

5°0'0"S

5°30'0"S

6°0'0"S

6°30'0"S

7°0'0"S

7°30'0"S

8°0'0"S

80 0 80 160 240 32040

Kilometers

¯

Page 33: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

28

4 MATERIAIS E MÉTODOS

A metodologia adotada neste trabalho é apresentada neste capítulo. O trabalho é

consistido de vários elementos. Para uma visão geral dos objetivos e elementos do trabalho a

Figura 7 mostra a metodologia principal em um organograma.

Figura 7 – Metodologia adotada

Page 34: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

29

Os dados de entrada utilizados na metodologia adotada são mencionados nos

primeiros paralelogramos do fluxograma. As caixas amarelas e as linhas pretas sólidas

seguintes mostram o processo de modelagem com dados de bacias hidrográficas conhecidas.

As vazões observadas nas bacias hidrográficas são utilizadas para calibrar o modelo

hidrológico. Os atributos físicos das bacias hidrográficas junto com os parâmetros obtidos na

calibração são utilizados para estabelecer as relações para a regionalização. As linhas

tracejadas e as caixas verdes representam a aplicação do modelo nas bacias sem dados

hidrológicos usando estas relações obtidas no processo de modelagem. O último

procedimento também é utilizado para a validação do modelo com dados hidrológicos

observados que não foram utilizados no processo de regionalização. Nesta seção, será descrita

inicialmente a metodologia da caracterização automatizada das bacias hidrográficas

selecionadas por meio de seus atributos físicos e o geoprocessamento. Posteriormente, é

introduzida a metodologia para simulação hidrológica das bacias hidrográficas. Em seguida, é

apresentada a metodologia utilizada para a regionalização dos parâmetros do modelo

hidrológico.

4.1 Caracterização de bacias hidrográficas

4.1.1 Atributos das bacias hidrográficas

Atributos morfológicos e climáticos podem explicar o comportamento hidrológico da

bacia hidrográfica. Na literatura existe uma grande variedade de atributos que quantificam

características da bacia hidrográfica (CHOW, 1964; SWAMI e MATTOS, 1975). Esses

atributos podem ser classificados principalmente em três grupos: atributos de forma; atributos

da rede de drenagem e atributos do relevo da bacia (SILVA, SILANS e DINIZ, 2009).

Os atributos de forma (ou atributos lineares) incluem a área, o perímetro, a linha de

fundo, o comprimento do rio principal, o comprimento da rede de drenagem, a largura média,

o índice de compacidade, o índice de circularidade e o fator de forma.

Os atributos da rede de drenagem são o coeficiente de torrencialidade, a ordem dos

cursos de água, a densidade de drenagem, o índice de bifurcação, o índice dos comprimentos,

o índice das áreas, a extensão média do escoamento superficial, a sinuosidade do rio principal

e o índice de rugosidade.

Dentre os atributos do relevo podem ser citados as declividades média e máxima do

rio, a elevação média da bacia, o retângulo equivalente, o índice de declividade média da

bacia, o índice de declividade global e o desnível específico.

Page 35: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

30

A Tabela 2 mostra os atributos morfológicos selecionados e as fórmulas,

respectivamente.

Tabela 2 – Atributos físicos da bacia hidrográfica

ATRIBUTO SIGLA FÓRMULA

AT

RIB

UTO

S D

E FO

RM

A

Área A -

Perimetro Pr -

Linha do Fundo L -

Compr. do Curso principal Lt -

Compr. da rede drenagem Ld -

Largura Média Lm

Índice compacidade Kc A

PKc

28,0

Índice circularidade Ke

Fator de forma Kf

AT

RIB

UTO

S D

A R

EDE

DE

DR

ENA

GEM

Coeficiente de torrencialidade Ct

Ordem dos cursos de água n -

Densidade de drenagem Dd

Índice Bifurcação RB

Índice dos comprimentos RL

Índice das áreas Ra

Extensão média do escoamento superficial Le

Sinuosidade do curso d´água SIN

Índice de rugosidade IR

AT

RIB

UTO

S D

O R

ELEV

O

Declividade média rio Imed

Declividade máxima Imax

Elevação média da bacia Cmed

Retângulo equivalente Lr

212,1

1112,1 Kc

AKcLr

Retângulo equivalente lr

212,1

1112,1 Kc

AKclr

Índice de declividade média da bacia Ip

Índice de declividade global IG IG = D/Lr

Desnível específico DS

Page 36: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

31

Outros atributos que não são relacionados à morfologia da bacia, mas influenciam no

comportamento da bacia significativamente, são as informações sobre o solo, a quantidade de

açudes na bacia (ou percentagem da área da bacia hidrográfica coberta por espelhos d’água) e

a precipitação média na bacia hidrográfica. A Tabela 3 mostra os atributos edafo-climáticos

selecionados para o estudo.

Tabela 3 – Atributos edafo-climáticos da bacia hidrográfica

ATRIBUTO SIGLA UNIDADE

AT

RIB

UTO

S ED

AFO

-C

LIM

ÁTI

CO

S

L600 média L600 mm

Solo Classe 1 Classe1 %

Solo Classe 2 Classe2 %

Solo Classe 3 Classe3 %

PAE (Percentagem da Área de Espelhos d’Água) PAE %

Precipitação Média Anual Prec mm

O atributo L600 de uma bacia hidrográfica caracteriza sua capacidade de escoamento.

Ele corresponde a lâmina anual média que escoaria na bacia, se esta fosse situada num local

com precipitação anual média de 600 mm (MOLLE e CADIER, 1992). Os solos foram

divididos em três classes, a saber: Classe 1 que representa a percentagem dos solos com

escoamento L600 menor que 37 mm na bacia hidrográfica; Classe 2 os solos com L600 entre

37 e 70 mm e Classe 3 que são solos com L600 acima de 70 mm.

4.1.2 Modelo Digital de Elevação

Para a automatização do cálculo dos atributos morfológicos de bacias hidrográficas é

utilizado como dado de entrada um modelo digital de elevação (MDE). Esse modelo digital é

formatado numa imagem raster, que contém a descrição de cada pixel (célula), que é, no caso

do MDE, a cota altimétrica em relação ao nível do mar. Para o Brasil todo, imagens de SRTM

(Shuttle Radar Topography Mission) são disponibilizadas pela NASA1 (EUA - National

Aeronautics and Space Administration) e também pela EMBRAPA2 (Empresa Brasileira de

Pesquisa Agropecuária). A resolução de cada pixel das imagens SRTM é de três arco-

segundos, que na região do nordeste brasileiro representa aproximadamente 90 x 90m (Figura

8). Isto oferece uma boa resolução até para cursos de água pequenos; a precisão da altitude

(valor z) é no mínimo melhor do que 10 m para cada célula destas imagens. Desta forma,

1 http://dds.cr.usgs.gov/srtm/version1/South_America/

2 http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/download/index.htm

Page 37: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

32

todas as características podem ser calculadas com dados obtidos através destas imagens

(SILVA, SILANS e DINIZ, 2009).

Figura 8 – Visualização 3D do MDE obtido a partir da imagem SRTM do estado Paraíba

Porém, a imagem de SRTM possui limitações para pequenos riachos, os de ordem 1,

onde o curso de água às vezes não é bem definido. Existem também imagens do tipo

TOPODATA 30 com uma resolução de um arco segundo, que significa aproximadamente

uma precisão de 30 m. Estes dados foram refinados da resolução espacial original (SRTM três

arcos-segundo) por krigagem. Em seguida, foram aplicados algoritmos de análise

geomorfométrica sobre os dados refinados para o cálculo das variáveis: declividade;

orientação de vertentes; curvatura horizontal e curvatura vertical. Além dessas variáveis, uma

derivação de segundo grau foi aplicada para evidenciação de talvegues e divisores de água,

cujos resultados foram combinados à orientação de vertentes para favorecer a interpretação

das feições de drenagem e caracterização de sua estrutura (VALERIANO, 2008).

4.1.3 Geoprocessamento

O sentido deste trabalho não foi de desenvolver um novo sistema de SIG (Sistemas de

Informação Geográficas) ou novas funções para o geoprocessamento. Nesse sentido, já houve

muitas tentativas para se programar novos sistemas de CAD, mas até hoje o AutoCAD do

Autodesk ainda é de modo geral o mais usado e aceito nas universidades e faculdades de

engenharia e de arquitetura. Assim, foram desenvolvidos muitos programas, chamados de

‘add-ons’, que usam as funções básicas de AutoCAD e expandiram as funções para resolver e

facilitar trabalhos específicos. Na área de Sistemas de Informação Geográficas (SIG), um

João Pessoa

Campina Grande

Page 38: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

33

programa muito utilizado é o ArcGIS da ESRI. A versão escolhida deste programa foi 9.x por

oferecer muitas rotinas de análises e estatísticas espaciais, que podem ser usadas para a

parametrização de bacias. A utilização do geoprocessamento do ArcGIS 9.x facilitou os

trabalhos para realizar as tarefas necessárias à automatização da obtenção das características

físicas de bacias. O geoprocessamento deu suporte à automatização do trabalho,

proporcionando um conjunto de ferramentas e um mecanismo para combinar uma série de

outras ferramentas em uma seqüência de operações que utilizam modelos e scripts (Figura 9).

Figura 9 – Geoprocessamento de imagens

As bibliotecas ou rotinas também são fornecidas nas interfaces de COM e .NET

Framework, que facilita a programação de várias linguagens de programação e plataformas.

Para este trabalho foi decidido apenas usar o geoprocessamento através da linguagem de

scripting VBA3 e Python

4 com o módulo de ‘argisscripting’. ArcGIS da ESRI suporta a

linguagem Python/VBA e assim existe uma documentação ampla para todas as funções de

geoprocessamento com um acesso fácil das funções de ARCGIS através do ‘arcgisscripting’.

Na Figura 10 é apresentada uma parte do modelo de programação em

geoprocessamento.

Figura 10 – Retirada de UML5 ‘Geoprocessor Programming Model’

do ArcGIS 9.x (ESRI, 2006)

3 VBA- Visual Basic for Applications

4 http://www.python.org/

5 UML-Unified Modeling Language

Page 39: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

34

A Figura 10 mostra como acessar e colocar as características dos objetos. É

interessante observar a tabela de geometria, na qual os campos ‘Area’ e ‘Length’ apresentam

as características de um objeto geométrico. Por exemplo, para um polígono, a área e o

perímetro, são automaticamente fornecidos pelo geoprocessador6. Na tabela de atributos pode

ser colocado qualquer campo com informações adicionais, por exemplo, a ordem do rio.

Na Figura 11, mostra-se um exemplo de código em Python usando as funções de

geoprocessamento.

O código da linguagem Python é simples como pode ser observado. Nesse exemplo,

parte de um mosaico (imagem raster) será selecionado, formando a imagem de uma bacia

hidrográfica, com uma álgebra condicional, onde os valores da imagem raster são

multiplicados por 1, caso coincidam com as células da bacia e são zerados, caso

correspondem à células externas à bacia.

4.2 Simulação hidrológica

Devido à complexidade da maioria dos problemas hidrológicos nos projetos da

engenharia, os elementos fundamentais das ciências hidrológicas não podem ser usados

diretamente. Em vez disso, é necessário fazer medições de um processo hidrológico e analisar

as medições para entender como funciona o processo. Freqüentemente, o modelo é formulado

com base em conceitos físicos por trás do processo; e na concepção do modelo, as medições

6 Geoprocessor – referencia ao ambiente ou sistema de programação de ArcGIS

Figura 11 – Exemplo de Python Code

gp = arcgisscripting.create() if __name__ == "__main__": #Get input feature class try: sInputSRTMRaster = gp.GetParameterAsText(0) # Input SRTM Raster sInputWatershedRaster = gp.GetParameterAsText(1)# Input Watershed Raster OutRaster = gp.GetParameterAsText(2) # Output Raster except: raise ReportError (msgParseErr) try: gp.Workspace = "C:\Temp" gp.overwriteoutput = 1 # Set local variables InExpression = "("+sInputWatershedRaster+" + 1) * "+ sInputSRTMRaster # Check out Spatial Analyst extension license gp.CheckOutExtension("Spatial") # Process: MapAlgebraStatement gp.SingleOutputMapAlgebra_sa(InExpression, OutRaster) except: # If an error occurred while running a tool, then print the messages. print gp.GetMessages()

Page 40: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

35

fornecem a base para a compreensão de como o processo físico varia como os dados de

entrada do processo (MCCUEN, 1998).

Também segundo Mc Cuen (1998), após as medições serem analisadas e usadas para

calibrar o modelo hidrológico, o modelo pode ser usado para sintetizar regras, ou seja, a

análise leva a um conjunto de regras sistemáticas que explica como o processo hidrológico

funcionará no futuro. Entretanto, o ato de síntese não é uma reprodução total do processo

original. É uma simplificação. Como acontece com qualquer simplificação, isto não fornece

uma representação exata do processo físico. Mas, em geral, deve fornecer soluções razoáveis.

Os modelos hidrológicos escolhidos são, a priori, aplicados aos 123 açudes do Estado

da Paraíba. A aplicação consiste na calibração e validação do modelo. Para isto, são

necessárias duas séries históricas de vazões afluentes ao modelo, que abrangem, pelo menos

na fase de calibração períodos com chuvas variáveis e representativas em termos de

freqüência, duração e intensidade. Neste estudo, como se percebe pela Tabela 1, os períodos

com dados de níveis, onde se tenta restituir as vazões afluentes são variáveis e principalmente

curtos, faltando também muitas vezes dados justamente nos períodos chuvosos.

4.2.1 Modelo SMAP

Adotou-se primeiro, neste trabalho, o modelo SMAP (LOPES, BRAGA e CONEJO,

1981). A versão apresentada por Lopes et al., (1981) foi modificada para melhor se adequar à

região semiárida. Ele é um modelo determinístico, conceitual e concentrado de simulação

hidrológica do tipo chuva-vazão, baseado em reservatórios e funções de transferência. A

estrutura do modelo SMAP modificada é apresentada na Figura 12.

Ep

Er

P

Ed

Es P-Es

Rsolo

Rsup

Figura 12 – Modelo SMAP modificado.

P ......... Precipitação

Ep ...... Evapotranspiração potencial

Er ....... Evapotranspiração real

Ed ...... Escoamento direto

Es ....... Escoamento superficial

Rsolo .. Reservatório do solo

Rsup ... Reservatório de superfície

Page 41: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

36

O modelo diário foi adaptado para a região do semiárido suprimindo o reservatório

subterrâneo (Rsub), pois nesta região não existe escoamento de base porque os solos são

rasos, assentados sobre o embasamento cristalino. Os dados de entrada são a precipitação

diária, a evapotranspiração potencial diária e a área da bacia hidrográfica. Os parâmetros do

modelo são:

Str ............... capacidade de saturação do solo que varia entre 100 e 2000 mm7

K2t ............... const. de recessão do escoamento superficial que varia entre 0,2 e 0,5 dias

Ai ................. abstração inicial que varia entre 2,5 e 5,1 mm

Capc............. capacidade de campo que varia entre 30 e 50%

Segundo Lopes et al. (1981), os parâmetros Ai e Capc representam as características da

cobertura vegetal e do tipo de solo. Os valores de Ai são, respectivamente, 2,5mm = Campo;

3,7mm = Mata; 5,0mm = Floresta densa. Os valores de Capc são, respectivamente, 30% =

Arenoso; 40% = Solo misto; 50% = Argiloso.

Os estados iniciais dos reservatórios (Rsolo e Rsup) não foram calibrados. Na maioria

dos casos os períodos observados iniciam na época seca quando estes reservatórios estão

teoricamente quase vazios. Caso contrário, o nível diário do reservatório é auto-corrigido

rapidamente nos primeiros dias e a influência destes parâmetros na função objetivo não é

significativa.

4.2.2 Modelo MODHAC

Outro modelo concentrado semelhante é o modelo MODHAC (SCHWARZBACH e

LANNA, 1989). Ele é do tipo concentrado, conceitual e determinístico. A Figura 13 mostra o

esquema do modelo MODHAC. O reservatório subterrâneo foi excluído no modelo para

adaptá-lo para a região semiárida.

7 Limites do modelo para a área de estudo (LOPES, BRAGA e CONEJO, 1981)

Page 42: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

37

Figura 13 – Esquema do modelo MODHAC

O modelo tem mais parâmetros do que o modelo SMAP. Os parâmetros são nomeados

aqui:

ES.................. escoamento superficial

ESP ............... evapotranspiração do reservatório superficial

ESS ............... evapotranspiração do reservatório subsuperficial

RSP ............... altura de água no reservatório superficial

RSS ............... altura de água do reservatório subsuperficial

RSPX ............ capacidade do reservatório superficial

RSSX ............ capacidade do reservatório subsuperficial

IMAX ............ infiltração máxima

IMIN ............. infiltração mínima

IDEC ............. coeficiente de infiltração intermediária

ASP ............... coeficiente de percolação do reservatório superficial

ASS ............... coeficiente de percolação do reservatório subsuperficial

CEVA ........... coeficiente de evaporação do reservatório subsuperficial

CHET ............ coeficiente de heterogeneidade temporal da chuva

4.2.3 Modelo HBV

O modelo HBV light (SEIBERT, 2005) é baseado no código original do HBV

(BERGSTRÖM, 1976). Este modelo hidrológico de transformação da chuva em vazão é

também um modelo concentrado, conceitual e determinístico. De acordo com Seibert (2005),

ele foi aplicado em mais de 30 países, contando com diversas versões. A estrutura do modelo

é apresentada na Figura 14.

Semiárido

Page 43: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

38

Figura 14 - Estrutura do modelo HBV (BERGSTRÖM, 1976)

Os parâmetros do modelo são:

SM ................ altura de água no reservatório da umidade de solo

UZL .............. altura de água do reservatório superior

FC ................. capacidade do reservatório da umidade de solo

SUZ ............... capacidade do reservatório superior

R.................... recarga

ki ................... coeficiente de recessão

Qi .................. componente de escoamento

Todos os modelos foram programados na linguagem Java e modificados para a região

semiárida.

4.2.4 Calibração automática dos modelos

Para a automatização da calibração dos modelos chuva-vazão foi utilizada a técnica

dos Algoritmos Genéticos (AG’s). A idéia dos AG’s é semelhante à evolução biológica. Um

conjunto de candidatos (ou uma população) com as possibilidades (ou indivíduos) é gerado

aleatoriamente e são selecionados aqueles que melhor atenderem a certos critérios. Seus

indivíduos (os parâmetros) são ligeiramente modificados (mutação) e combinados

(recombinação) para criar uma nova geração de população com candidatos possíveis. Isto é

repetido n vezes, até que o critério de parada seja atingido.

O algoritmo utilizado foi desenvolvido por Soares Júnior et al., (2009). O método não é

detalhado aqui, pois existe extensa literatura sobre o tema, (LINDEN, 2008) e (GALVÃO e

MÊUSER, 1999).

Q0=k0*(SUZ-UZL)

Q1=k1*SUZ

Q2=k2xSLZ

UZL SUZ

SLZ

Perc

VAZÃO

RECHARGE (R)

FC SM

EA P

Semiárido

Page 44: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

39

4.2.4.1 Função objetivo - FO

A função objetivo tem a finalidade (objetivo) de minimizar ou maximizar a relação

(função) entre dados observados e calculados. A FO utilizada dá prioridade a vazões de maior

magnitude (vazões de pico), mas não para extremos muito fora da média, com os pesos 50%

nos resultados diários e 50% nos resultados mensais.

2

1

//

2

1

//

2

1

//

2

1

//

)(/)(%.50

)(/)(%.50

n

i

mensalobsmensalobs

n

i

mensalcalcmensalobs

n

i

diárioobsdiárioobs

n

i

diáriocalcdiárioobs

QQQQ

QQQQFO

( 1 )

A avaliação, se o modelo está calibrado, é complexa, a própria seleção de uma FO

influência nos resultados finais, pois existem FO’s que priorizam vazões de baixa magnitude,

alta, ou nenhuma destas.

4.2.4.2 Desempenho do Modelo chuva-vazão

A avaliação da simulação é feita com indicadores de desempenho, os mais comuns são

indicadores visuais (hidrograma com vazões observadas e calculadas), parâmetros estatísticos,

valores da função objetivo e valores coerentes dos parâmetros do modelo. O programa

desenvolvido, além de calcular a FO, gera o coeficiente de determinação, r², entre os valores

observados e calculados, avaliando se o modelo gerou valores correlatos e o quanto da

variância da amostra é explicado pelos valores gerados pelo modelo. A Figura 15 apresenta

um esquema de como os modelos chuva-vazão foram utilizados.

Figura 15 – Entradas e saídas dos modelos hidrológicos

Para comparar o desempenho final dos resultados do modelo, baseando-se sobre o

coeficiente de determinação total, a seguinte fórmula é utilizada:

( 2 )

onde r2 é o coeficiente de determinação entre os dados observados e calculados.

Page 45: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

40

A quantidade dos registros que foram utilizados no processo de calibração também é um

fator importante e tem que ser considerado na avaliação.

4.2.4.3 Séries históricas de vazões utilizadas no processo de calibração

Para a determinação dos parâmetros do modelo chuva-vazão por um processo de

calibração automática, dados de vazões foram obtidas a partir de níveis de todos os açudes

monitorados no Estado da Paraíba (SILVA, ALMEIDA, et al., 2010). Com o balanço hídrico

de reservatórios (açudes), as vazões afluentes foram determinadas. É realizada neste capítulo

uma avaliação qualitativa dos dados de entrada para o balanço hídrico.

Balanço hídrico

As séries de vazões afluentes ao açude são determinadas pelo método do balanço

hídrico, que foi realizado para o passo de tempo diário:

( 3 )

Sendo:

∆V Variação do volume, em L·T-1

;

P Precipitação na bacia hidráulica, em L·T-1

;

E Evaporação na bacia hidráulica, em L·T-1

;

I Infiltração parede, em L·T-1

;

D Demanda, em L·T-1

;

S Sangria, em L·T-1

;

Precipitação na bacia hidráulica

Os dados pluviométricos foram disponibilizados pela AESA. Para a medição da

precipitação na Paraíba, pluviômetros do tipo Ville de Paris são utilizados devido à

simplicidade de suas instalações, operação e custo de manutenção. No pluviômetro é lida a

altura total de água precipitada, ou seja, a lâmina acumulada durante a precipitação, sendo que

seus registros são sempre fornecidos em milímetros por dia.

A precipitação direta no açude é difícil de ser obtida, porque com relação à área da

bacia hidrográfica a bacia hidráulica é relativamente pequena. A extensão de um açude

pequeno às vezes não atinge 1 km. Existe uma rede de postos pluviométricos com uma

distância média entre os postos de 30 km. A Figura 16 mostra a rede dos postos

pluviométricos com os açudes monitorados, os círculos mostram a distância dos açudes para o

posto pluviométrico mais próximo do açude. É interessante observar, que muitas vezes não

Page 46: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

41

existe um posto pluviométrico perto do açude, ficando o posto mais próximo já em outra sub-

bacia, que não tem influência sobre o açude, pois a elevação do terreno como uma serra

(divisor de águas) tem influência sobre a precipitação. Neste caso, a precipitação direta no

açude não tem nenhuma relação com a precipitação da bacia e influencia fortemente nos

resultados do balanço hídrico, na época chuvosa.

Figura 16 - Rede de postos pluviométricos e açudes monitorados

!

!

!!

!

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Page 47: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

42

Evaporação na bacia hidráulica

A evapotranspiração potencial média diária foi determinada conforme Hargreaves e

Samani (1985). Dados mensais de vários municípios na Paraíba foram gerados pela SUDENE

em 1985 (ver Tabela 6). Os dados mensais foram interpolados temporalmente com um

polinômio de grau 6 para obter valores diários. Na Paraíba a média anual é de 4,7 mm/dia. É

importante notar que este valor fica abaixo da precisão da medição da cota (centímetros),

assim a evaporação diária não pode ser observada nas cotas medidas. Além do mais, o valor

adotado é um valor médio que somente aproxima o valor real diário. Para o balanço hídrico de

um reservatório, a evaporação tem um impacto maior na época seca.

Infiltração pela parede do maciço

Neste estudo, esta variável foi desprezada apesar de Molle (1992) ter mostrado que nos

pequenos açudes, principalmente naqueles construídos mais recentemente, a infiltração

através do maciço da barragem poderia chegar até 25% do total das perdas.

Demanda

A demanda hídrica de um açude é registrada na AESA, pelos dados da CAGEPA

(Companhia de Água e Esgotos da Paraíba) de abastecimento, e através dos registros das

outorgas. Foi observado que na época seca a demanda não é constante e aumenta de forma

não linear, principalmente devido à irrigação que aumenta até o fim da época seca, causando

diferenças de até 400% da demanda no inicio até o fim da época seca.

Volume vertido

A maioria dos açudes verte na época chuvosa. Em quase todos os açudes da Paraíba as

réguas estão instaladas acima da cota do sangradouro, e permitem assim a medição da vazão

extravasada, através da lâmina escoada. A vazão extravazada (S) pode ser representada

aproximadamente com a fórmula do vertedor:

( 4 )

Sendo:

C Comprimento do vertedouro, em L;

La Lâmina vertente, em L;

O problema se deve ao observador que mede a cota apenas uma vez por dia. Porém, a

cota máxima vertendo pode variar dentro do intervalo entre medições, que é 24 horas. Assim

não se sabe se a medição corresponde a um pico diário ou um valor abaixo da média. Aqui

Page 48: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

43

alguns milímetros causam grandes diferenças em termos de volume. Além disso, as

características como a forma ou a superfície do vertedouro não são conhecidas para se

determinar valores exatos. Em muitos casos pode-se observar também que a cota do

vertedouro (nível máximo do açude) não é exata, por exemplo, a curva CAV é dada com o

nível máximo de um valor em metros inteiro.

Variação do volume

A variação do volume é obtida da diferença entre os volumes calculados pela curva

cota-área-volume (CAV) a partir da leitura diária das cotas do nível de água no açude.

Curva cota-área-volume

Para os açudes monitorados as curvas cota área volume (CAV) foram fornecidas pela

AESA e permitem o cálculo do volume e da área do reservatório para uma certa cota. A

maioria das curvas CAV foi obtida do projeto da construção do reservatório. A CAV não é

constante no tempo. Por causa de processos erosivos, sedimentos são levados aos

reservatórios, e causam um assoreamento dos mesmos. Porém, há poucas informações sobre

as conseqüências destes processos no volume dos açudes.

Existem vários estudos sobre assoreamento de reservatórios, por exemplo, Ponçano et

al. (1981). Os depósitos são geralmente classificados, segundo Vanoni (1977), Lopes (1993) e

Carvalho (2000), de acordo com a sua localização no reservatório: Depósito de fundo ou leito,

depósito de remanso, depósito de margem, depósito de várzea ou de planície de inundação e

deltas. A influência do assoreamento sobre a CAV é difícil de ser quantificada e varia caso a

caso. Por exemplo, um assoreamento homogêneo no reservatório causa a redução do volume

total, mas não altera significativamente a diferença do volume de um dia para outro (V). Um

estudo realizado por Coelho (1993) sobre um reservatório de Americana - SP estimou uma

perda de volume anual média de 0,22%. A qualidade ou atualidade das curvas é de difícil

conferência e depende de muitos fatores. Principalmente para açudes muito antigos, que

foram construídos há 50 ou mais anos, a diferença pode ser significativa.

Outro aspecto relevante é que, a maioria dos valores da CAV são inter- e extrapolados,

porque a resolução da CAV é para a maioria dos reservatórios de um metro a um metro. No

balanço hídrico as cotas são interpoladas linearmente, sabendo que a curva não é linear

causando diferenças principalmente nos valores múltiplos de inteiro e meio.

Page 49: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

44

Cota do nível de água no açude

A cota do nível de água no açude é o dado que tem maior influência no balanço hídrico,

pois pequenas variações de cotas, quando o açude está bastante cheio, provocam variações

grandes de volume. Nos açudes monitorados no Estado da Paraíba, as cotas diárias do nível da

água são observadas em réguas linimétricas graduadas em centímetros. A resolução da leitura

é, no melhor dos casos, de meio centímetro, enquanto o valor da precipitação é medido no

pluviômetro com resolução de 0,1 mm. Em períodos chuvosos, o acesso às réguas é às vezes

difícil e a leitura é feita à distância, visualmente. Nestes casos, erros de paralaxe são comuns.

Os dados registrados no banco de dados da AESA apresentam muitas falhas que tiveram

que ser corrigidas (Figura 17). Este trabalho é o mais oneroso em tempo, pois a análise é feita

caso a caso, não podendo ser automatizado, e envolve a observação das demais variáveis bem

como, muitas vezes, a análise do comportamento (resposta a um evento chuvoso) da bacia

hidrográfica via o modelo hidrológico adotado. Por exemplo, muitas vezes existem

descontinuidades (pulos) de um metro nas cotas, isso quer dizer que o leitor da régua se

enganou. Este tipo de erro é fácil de corrigir na época seca, mas na época chuvosa é quase

impossível descobrir este erro. Quantitativamente este erro causa variações de volume da

mesma ordem de grandeza daquelas provocadas pelas chuvas mais intensas do ano.

Enfim tem que ser anotado que as maiores incertezas sobre os valores das cotas ocorrem

no período chuvoso, principalmente nos picos do hidrograma afluente.

Figura 17 – Cotas monitoradas do açude Cacimba de Vázea (3838349).

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Page 50: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

45

4.3 Regionalização

A regionalização é uma técnica para reproduzir informações hidrológicas em locais

onde não há disponibilidade de dados hidrológicos, a partir de dados hidrológicos obtidos em

locais semelhantes. Na maioria dos casos, especialmente no semiárido, as pequenas bacias

hidrográficas não têm informações hidrológicas disponíveis. Nestes casos, a regionalização

hidrológica pode ser empregada para transferir informações de locais com dados para locais

onde não há dados hidrológicos disponíveis.

Atributos morfológicos e climáticos que podem explicar o comportamento

hidrológico, e por serem mais acessíveis, podem ser usados para determinar informações

hidrológicas. As informações hidrológicas que podem ser regionalizados são, por exemplo, a

curva de regularização, curva de permanência, o hidrograma unitário ou como na metodologia

adotada os parâmetros de modelos chuva-vazão.

Nesta secção, são introduzidas as análises estatísticas dos dados de entrada, além

disso, estatísticas básicas dos dados serão analisadas usando métodos de mineração de dados,

como a análise de cluster ou a análise de componentes principais. No fim da seção é explicada

a regressão dos atributos da bacia hidrográfica e os parâmetros do modelo chuva vazão

usando redes neurais artificiais. Neste contexto, é introduzido também o conceito de bacia

meta desenvolvido por Diniz (2008).

4.3.1 Mineração de dados

Antes e para usar os dados para a regionalização, uma análise estatística dos dados é

necessária. Este processo é chamado mineração dos dados. A mineração de dados é um

processo analítico para explorar grandes quantidades de dados em busca de padrões

consistentes ou relacionamentos sistemáticos entre variáveis e, em seguida, para validar os

resultados aplicando os padrões detectados a novos subconjuntos de dados. O objetivo final

da mineração de dados é a previsão (STATSOFT, 2011). Esta técnica é subdividida em várias

etapas usando vários métodos estatísticos: estatísticas básicas e descritivas (média/desvio

padrão/correlações); análise de cluster; análise de componentes principais; seleção de

atributos e redes neurais artificiais.

A qualidade dos dados hidrológicos é essencial para os estudos de regionalização, e

uma análise criteriosa sobre suas condições deve sempre preceder a realização da

regionalização (TUCCI, 2002).

Page 51: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

46

4.3.1.1 Análise de cluster (de agrupamento)

Para comparar a semelhança das bacias hidrográficas empregam-se métodos

estatísticos. A análise de cluster (de agrupamento) é um nome genérico para uma variedade de

métodos matemáticos, que pode ser usado para descobrir quais objetos em um conjunto são

similares (ROMESBURG, 1984).

A análise de agrupamento ou clustering é a atribuição de um conjunto de observações

em subgrupos chamados clusters de modo que as observações no mesmo cluster são similares

em algum sentido. Clustering (ou agrupamento) é um método de aprendizagem não

supervisionada, usada na análise de dados estatísticos com ampla utilização.

Algoritmos de clustering podem ser hierárquicos ou particionais, o primeiro está ainda

dividido em algoritmos de aglomeração (bottom-up) ou subdividido (top-down). Os

algoritmos de aglomeração mais comum são Single Linkage, Complete Linkage, Average

Linkage, ou Ward.

Um passo importante no clustering é selecionar uma medida de distância, o que irá

determinar a semelhança de dois elementos. Isso influencia a forma de clusters, uma vez que

alguns elementos podem estar perto de um outro, de acordo com uma distância, e mais

distante de outro. A medida da distância mais comum é a distância euclidiana.

A análise de cluster é também usada para a seleção da amostragem no processo de

treinamento das redes neurais. Para a fase de treinamento, validação e verificação casos

(bacias) de cada agrupamento são selecionados.

4.3.1.2 Análise de componentes principais

A idéia central da análise de componentes principais é reduzir a dimensionalidade de

um conjunto de dados consistindo de um grande número de variáveis relacionadas, mantendo

tanto quanto possível a variação do conjunto de dados (JOLLIFFE, 2002).

Além de reduzir as dimensões do espaço original das variáveis, a análise de

componentes principais também pode ser usada como uma técnica de classificação, de modo

que as relações entre as variáveis e os casos podem ser destacadas. No fim, as variáveis e os

casos são plotados no espaço criado pelos eixos de cada fator. Entretanto, as relações entre as

variáveis e os casos não podem ser facilmente visto no espaço dos fatores, se a sua dimensão

passar a ser maior do que dois. Para ter uma imagem mais clara, as variáveis ou casos são

Page 52: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

47

estudados em pares de eixos escolhidos a partir do conjunto de eixos dos fatores

(STATSOFT, 2011).

4.3.2 Regressão dos atributos morfológicos e dos parâmetros do modelo chuva-

vazão

Para a regionalização, existem vários métodos que podem ser empregados.

Principalmente métodos estatísticos, como modelos lineares/não lineares, regressão múltipla,

análise de grupo, análise de correlação, análise de variância e análise de componentes

principais, podem ser usados para prever dados através de dados observados.

4.3.2.1 Redes neurais artificiais

Para relacionar os atributos morfológicos de uma bacia hidrográfica com os

parâmetros do modelo hidrológico, foram empregadas redes neurais artificiais (RNA’s). Uma

rede neural artificial (RNA) é um modelo matemático ou um modelo computacional inspirado

na estrutura ou aspectos funcionais de redes neurais biológicas. A função de uma rede neural

é produzir um padrão de saída quando se apresenta um padrão de entrada. Este conceito é

bastante abstrato, uma das operações que uma rede neural pode fazer é a classificação ou a

regressão de padrões (PICTON, 2000).

As RNA’s são particularmente úteis para resolver problemas que não podem ser

expressos como uma série de processos, tais como reconhecimento de padrões, classificação,

previsão de série e mineração de dados (HEATON, 2008).

Figura 18 - Arquitetura de uma Rede Neural Artificial tipo MLP (Perceptron Multi-Camadas)

Como a maioria dos modelos estatísticos, as redes neurais são capazes de executar três

tarefas principais, incluindo a classificação e a regressão. Tarefas de regressão estão

preocupadas em relacionar uma série de variáveis de entrada com um conjunto de variáveis

Entradas

Camada/Neurônios

escondida

Saída

Conexões Conexões

Page 53: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

48

contínuas de saída. Por outro lado, tarefas de classificação estão preocupadas como atribuir

associações para uma variável categórica de saída e um conjunto de valores de entrada

(STATSOFT, 2011).

Um exemplo simplificado de como a regressão com redes neurais funciona: a

abordagem mais simples em termos estatísticos é assumir que os dados podem ser modelados

através de uma fórmula fechada que pode conter um número de parâmetros ajustáveis (pesos)

que podem ser estimados assim que o modelo pode fornecer a melhor explicação dos dados

existentes. Por exemplo, um problema de regressão em que se pretende aproximar o modelo

ou uma única variável (t) como uma função linear de uma variável de entrada (x). A função

matemática usada para modelar tais relações é simplesmente dada por uma transformação

linear (f) com dois parâmetros,

A tarefa é encontrar os valores adequados para a e b que se relacionam com uma

variável de entrada x para a variável t. Este problema é conhecido como a regressão linear

(STATSOFT, 2011).

As redes neurais são construídas de neurônios que formam camadas. Os dados de

entrada são apresentados como uma camada de neurônios (Figura 18). Se a entrada de um

neurônio está dentro do intervalo para que o neurônio tenha sido treinado, em seguida, o

neurônio é acionado. Quando um neurônio é acionado, um sinal é enviado para a camada de

neurônios com qual o neurônio é conectado. As conexões entre os neurônios são chamados de

sinapses ou conexões (HEATON, 2008).

As RNA’s devem ser treinadas e validadas. Uma amostra de dados é normalmente

dividida para fornecer dados para o treinamento e para a verificação. Treinar a RNA consiste

na execução da RNA com a amostra de treinamento até a RNA aprender a reconhecer a

amostra de treinamento com uma taxa de erro suficientemente baixo. A verificação ocorre

quando os resultados da RNA treinada são verificados em outro período ou conjunto de

dados. Só porque uma RNA pode processar os dados de treinamento com uma baixa taxa de

erro, não significa que a RNA treinada é pronto para o uso. Antes que a RNA possa ser usada,

ela deve ser validada. A validação envolve a apresentação da amostra de validação para a

RNA e comparação dos resultados produzidos pela RNA com os resultados reais. A RNA

estará pronta para ser usada, se, no final do processo de validação, os resultados de validação

atendem um nível de erro satisfatório (HEATON, 2008)

Page 54: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

49

O treinamento sempre segue o conceito de generalização das redes neurais ou o ponto

de parada ideal (early stopping) para evitar o treinamento em excesso (over training). Esta

questão da generalização é uma das grandes preocupações no treinamento de redes neurais. É

conhecida como a tendência de a rede ficar superajustada (overfitting) - os dados de

treinamento têm dificuldade em prever novos dados, por que eles são treinados demais e

representam melhor apenas a si mesmo. Há uma relação entre o treinamento de uma rede

superajustada (overfitting) e uma generalização fraca. Por isso, é importante construir uma

rede que seja capaz de prever bem novos dados. A Figura 19 mostra o treinamento das redes

neurais com o critério de parada ‘early stopping’ (STATSOFT, 2011; VALENÇA, 2007).

Figura 19 - Conceito treinamento das RNA’s (STATSOFT, 2011; VALENÇA, 2007)

O número de variáveis de entrada e de saída é definido pelo problema. As variáveis de

saída dependem das entradas e por isso sua escolha é clara, mas não é assim quando se trata

de escolher as variáveis de entrada. Pode existir alguma incerteza sobre quais variáveis de

entrada devem ser usadas. Nota-se que o uso de um número suficiente de variáveis de entrada

é uma questão de grande importância na modelagem e de fato também para todas análises

estatísticas. Assim, incluir entradas irrelevantes, por exemplo, pode inadvertidamente

danificar o desempenho da rede neural. Pelo contrário, um conjunto de dados com um número

insuficiente de entradas nunca pode ser modelado com precisão por uma rede neural. Uma

sub-seleção de atributos (ou os neurônios de entrada) foi realizada com o programa WEKA

(Waikato Environment for Knowledge Analysis) utilizando o algoritmo CFS - Correlation-

based Feature Selection (HALL, 1999). Assim são selecionados os atributos que exercem

somente influência positiva para o conjunto de dados e os respectivos resultados (neurônios

de saída).

Page 55: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

50

4.3.2.2 Bacia-Meta

Uma realidade na hidrologia no Brasil é a existência de poucos dados hidrológicos,

principalmente observações de vazões e níveis. No entanto, a maioria dos métodos estatísticos

precisa de uma grande quantidade de dados para obter resultados confiáveis e com precisão. A

reamostragem é um método para substituir dados com amostragens diferentes, que podem ser

mais exatos. Técnicas comuns de reamostragem são, por exemplo, bootstrapping8,

jackknifing9 e testes de permutação.

Um conceito apresentado por Diniz (2008) para o processo da regionalização é o da

‘Bacia-Meta’. Segundo Diniz (2008) a bacia-meta é a bacia retirada do conjunto de dados

com o objetivo de orientar o treinamento da RNA. Desta forma, a RNA é treinada para

reproduzir o valor do parâmetro do modelo hidrológico para a bacia omitida a partir de suas

características físico-climáticas, sendo esta RNA capaz de reproduzir o parâmetro do modelo

hidrológico para a bacia-meta, o mesmo pode-se esperar para outra bacia que lhe seja similar.

Com o uso desta técnica o desempenho do treinamento da RNA melhorou consideravelmente.

O organograma (Figura 20) mostra o método da bacia meta.

8 Inglês - traduzido “cintas das botas“ - é um método de reamostragem proposto por Bradley Efron

9 Inglês – traduzido “dobrar-se ao meio” - é um método de reamostragem semelhante ao bootstrapping

Page 56: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

51

Figura 20 - Método da bacia-meta (DINIZ, 2008)

Page 57: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

52

5 RESULTADOS

Os resultados desta dissertação são apresentados em três seções, a saber: resultados da

caracterização automática, que é a ferramenta propriamente dita; resultados da calibração dos

três modelos hidrológicos; resultados da regionalização com as redes neurais artificiais.

5.1 Resultados da caracterização automática

5.1.1 Ferramenta para pré-processamento

Para se obter os atributos através de uma imagem raster é necessário um pré-

processamento. No pré-processamento, os dados são preparados para calcular os atributos da

bacia hidrográfica. A primeira função ‘Fill Sinks’ (Preencher Sumidouros) (Figura 21)

preenche sumidouros em uma superfície, para remover pequenas imperfeições nos dados da

imagem do SRTM, principalmente para evitar descontinuidades na rede de drenagem.

Figura 21 – Ferramenta de pré-processamento

As funções ‘Flow Direction’ (Direção de fluxo) e ‘Flow Accumulation’ (Acumulação

de fluxo) são essenciais para todos os cálculos, e são a base para a determinação das

características físicas e da rede de drenagem. ‘Flow Accumulation’ faz uma varredura de

dados de fluxo acumulado para cada célula (Figura 22 na pag. 53). ‘Flow Direction’ cria um

conjunto de dados raster da direção do fluxo de cada célula. Os algoritmos usam as funções

de ‘Spatial Analyst (Hidrology Toolset)’ do ArcMap (ESRI, 2006). Foi criada apenas uma

GUI (Graphical User Interface) para agregar estas funções ao sistema de pré-processamento

(Figura 21).

Page 58: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

53

5.1.1.1 Delimitação de bacias hidrográficas

Para obter a delimitação da bacia hidrográfica com o algoritmo desenvolvido, só é

necessário escolher um ponto no mapa ativo. Se esta bacia hidrográfica não for controlada10

,

tem-se o resultado final. Caso contrário, o programa poderá excluir da bacia hidrográfica a

sub-bacia formada pelo açude.

Figura 22 – Ferramenta para delimitação de bacias / Imagem da acumulação

de fluxo no ArcGIS

A delimitação de bacias hidrográficas é feita através de um algoritmo que marca todas

as células que contribuem para este ponto até o limite da bacia hidrográfica, ou seja, através

da direção de fluxo obtido do MDE no pré-processamento. Esse algoritmo é baseado no

algoritmo Watershed (Hidrology) (ESRI, 2006), resultando numa imagem raster com células

que contribuem para o exutório da bacia. No algoritmo, o ponto selecionado é

automaticamente aproximado ao ponto de rio principal (célula) com a maior acumulação de

fluxo. Com uma lógica condicional as sub-bacias de montante escolhidas são

automaticamente subtraídas (Figura 22).

10 Bacia hidrográfica controlada – área da bacia limitada por alguma obra hidráulica montante/jusante

Page 59: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

54

5.1.2 Características da forma das bacias

As características morfológicas são obtidas automaticamente para a bacia delimitada.

A interface é apresentada na Figura 23. Os resultados podem ser salvos em um arquivo de

texto pela interface e são usados internamente para o processo de regionalização dos

parâmetros do modelo chuva-vazão.

Figura 23 – Ferramenta de parametrização de bacias hidrográficas

Os atributos de uma bacia hidrográfica (Tabela 2 na página 30) obtidos pelo programa

são comentados nesta seção. Também se detalha melhor a implementação do

geoprocessamento no ambiente de ArcGIS. No fim desta seção, os atributos obtidos para a

área de estudo são quantificados e analisados.

5.1.2.1 Área

A área (A) de contribuição da bacia é a projeção horizontal da região contida entre

seus divisores. A determinação da área é feita através da imagem obtida pelo algoritmo da

delimitação da bacia.

A área é o valor mais importante das características da bacia, pois contribui para

determinação de outras características. Na fase seguinte, a imagem raster contendo essa área é

convertida para um polígono, desta forma o valor da área é automaticamente obtido pelo

Page 60: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

55

atributo de geometria ‘Area’ no ‘geoprocessador’ do ArcGIS e pode ser usado para os

próximos cálculos.

5.1.2.2 Perímetro

O perímetro (P) da bacia também é obtido automaticamente para um polígono pelo

geoprocessador. Assim, é apenas necessário tomar esse valor para o conjunto de atributos, ou

utilizá-lo no código do programa para os próximos cálculos.

A Figura 24 apresenta um gráfico de distribuição das áreas e os perímetros das bacias

hidrográficas na área de estudo.

0 500 1000 1500 2000 2500

Área [km²]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Peri

metr

o [km

]

Figura 24 – Perímetro e área das bacias na área de estudo

5.1.2.3 Linha de fundo

A linha de fundo é definida pelo curso d’água principal. O curso principal é definido

seguindo a direção a montante do rio com a maior área de contribuição a montante. Assim, foi

desenvolvido um algoritmo que usa a imagem de acumulação de fluxo. Primeiro, o algoritmo

busca a célula com a maior área de contribuição, e esta célula é a foz da bacia. Começando

nessa posição o algoritmo verifica as células vizinhas que têm o maior valor de acumulação

de fluxo, de jusante para montante. A Figura 25 mostra um extrato do raster da imagem de

acumulação de fluxo, os valores de cada célula representam a quantidade de células que

contribuíram para esta célula. A Figura 25 apresenta o algoritmo em um determinado ponto

no curso principal (i), o algoritmo está procurando o maior valor montante nas células

vizinhas. Neste caso a próxima célula (i+1) que define sucessivamente o rio principal é

determinada na posição com o valor 870, o algoritmo se repete nesta célula (i+1) na próxima

iteração.

Page 61: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

56

7 9 9 14 869

8 10 25 870 0

1340 1330 1318 420 6

24 17 6 4 411

5 6 2 0 3

Figura 25 – Exemplo de valores de raster de acumulação de fluxo / algoritmo rio principal

A linha de fundo será definida até o valor do fluxo acumulado chegar a zero, ou seja,

até não existir mais uma célula que possa contribuir para essa célula ou para o limite da bacia.

Como resultados, têm-se células marcadas, que representam o rio principal, estas células serão

convertidas em uma linha. Por fim, a linha de fundo é obtida através de uma função que

segue, na forma fortemente suavizada, o rio principal usando ‘Smooth Line‘ (ESRI, 2006)

com o algoritmo ‘PEAK’ que é uma aproximação polinomial com um núcleo exponencial. A

Figura 26 mostra um resultado desta função.

Figura 26 – Mapa de ArcMap com a rede de drenagem, linha do fundo, rio principal e

declividade para uma bacia

36°40'0"W

36°40'0"W

36°50'0"W

36°50'0"W

37°0'0"W

37°0'0"W

37°10'0"W

37°10'0"W

7°50'0"S 7°50'0"S

8°0'0"S 8°0'0"S

8°10'0"S 8°10'0"S

0 5 10 15 202,5Kilometers

4

Legenda

Rede de dren.

Linha do fundo

Rio principal

Watershed

Declividade

Valor

High : 54

Low : 0

ii++11

ii--11 ii

Page 62: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

57

5.1.2.4 Largura média

A largura média (Lm) é obtida de forma indireta através da relação entre a área da

bacia (A) e a linha de fundo (L). Quanto mais Lm se aproxima de L, mais a bacia é propícia a

ocorrência de cheias instantâneas (DINIZ, 2008). O valor da área é adquirido no item 5.1.2.1

e a linha de fundo em 5.1.2.3, cuja relação resulta diretamente na largura média.

5.1.2.5 Índice de compacidade

O coeficiente de compacidade ou índice de Gravelius (Kc) é a relação entre o

perímetro da bacia (P) e o perímetro de um círculo de igual área da bacia (A). No sistema,

este valor depende só da área e do perímetro, que já foram obtidos em etapas anteriores, e fica

armazenado na memória.

5.1.2.6 Índice de circularidade

O índice de circularidade Ke é como o índice de compacidade definido pela relação

entre a área do círculo que tem o mesmo perímetro da bacia, ou seja: Os valores de Ke e Kc

estão relacionados por: Ke = Kc-2

e da mesma forma obtido como em 5.1.2.5.

5.1.2.7 Fator de forma

É a relação entre a largura média (Lm) e a linha de fundo da bacia (L). O fator de

forma (Kf) também é um indicativo de tendência para enchentes na bacia. A largura média

(Lm) foi obtida em 5.1.2.4 e a linha de fundo da bacia (L) em 5.1.2.3.

5.1.3 Características da rede de drenagem

5.1.3.1 Rede de drenagem

A rede de drenagem é adquirida por meio de uma avaliação condicional em cada

célula da imagem de acumulação de fluxo, com um valor threshold (um valor mínimo) que é

escolhido pelo usuário, o qual corresponde ao valor mínimo da área de contribuição.

Consequentemente, essa função condicional considera o valor unitário para células acima

deste valor e as outras células são ignoradas. Esse valor depende do tamanho da bacia e da

resolução da imagem. Por exemplo, um valor mínimo = 40 significa que no mínimo 40

células devem contribuir para uma mesma célula ser aceita como um rio, ou seja, com uma

imagem de resolução 30 m, A = 40 · 30 m · 30 m = 36.000 m². Então, um valor alto de

threshold gera uma rede de drenagem mais grosseira, mas com menos erros nos riachos de

ordem inferior, dependendo da resolução da imagem.

Page 63: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

58

Para o ordenamento de cursos de água, foi utilizado o método de Strahler, que atribui

valores numéricos de uma relação linear para os segmentos de imagem raster, representando

a rede de drenagem. A todas as ligações sem afluentes são atribuídas a ordem 1 e são referidas

como de primeira ordem. Quando duas ligações de primeira ordem se interceptam, ao trecho

de jusante é atribuído a ordem 2. Quando dois trechos de segunda ordem se interceptam, ao

trecho de jusante é atribuída a ordem 3, e assim sucessivamente. Somente quando dois trechos

de mesma ordem se interceptam será formado um curso de água de ordem mais um. Este é o

método mais utilizado para ordenação de cursos de água. Ao final, a imagem raster com os

trechos de rios é convertida para objetos de linha com os atributos de Strahler e Length em

cada segmento, e é utilizada para a determinação das características da rede de drenagem

(5.1.3). O resultado é uma nova camada com os rios segmentados, de uma intersecção para

outra. Para obter algumas características da rede de drenagem o curso de água de mesma

ordem tem que ser contínuo. Assim, foi desenvolvido um algoritmo que uni os segmentos de

mesma ordem, mas não junta nas intersecções de ordem diferentes.

5.1.3.2 Ordem dos cursos de água na foz

A ordem dos cursos de água na foz é uma classificação que mostra o grau de

ramificação em uma bacia. A ordem dos cursos de água (n) é obtida pelo método de Strahler

(5.1.3.1), que já foi aplicado para todos os talvegues no pré-processamento, assim é

necessário tão somente, obter o valor máximo de todos os objetos da rede de drenagem. A

ordem é obtida com a operação ‘max’ de ‘Summary Statistics (Analysis)‘ (ESRI, 2006).

5.1.3.3 Densidade de drenagem

A densidade de drenagem (Dd) é a relação entre o comprimento total dos cursos de

água ( de uma bacia hidrográfica e a sua área de drenagem (A). Com o geoprocessamento,

esse valor é obtido pela soma dos comprimentos de todos os talvegues já gerados no pré-

processamento. No fim, Dd é simplesmente obtida com a soma de todos os valores ‘Length’

da tabela de geometria da rede da drenagem (5.1.3.1) dividida pela área (5.1.2.1).

5.1.3.4 Índice de bifurcação

O índice de bifurcação (RB) é a relação entre o número de segmentos de cursos de

água de uma dada ordem N(n) e o de uma ordem imediatamente superior N(n+1). O índice de

bifurcação RB varia caracteristicamente entre 3.0 e 5.0 para bacias cuja estrutura geológica

não difere muito do padrão de drenagem (CHOW, 1964), sem grandes diferenças entre

regiões. No geoprocessamento o índice de bifurcação é determinado através da função

Page 64: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

59

‘Summary Statistics (Analysis)’ (ESRI, 2006) com o ‘case field’ (campo de caso) sendo a

ordem do curso do rio, resultando em uma tabela com a freqüência de cada ordem, a média e

o comprimento para cada ordem. Na Tabela 4 são mostrados os resultados desta função. Essa

tabela no programa desenvolvido fica na memória e não é salva como um resultado.

Tabela 4 - Resultados da função ‘Summary Statistics Analysis’

OID Ordem Freqüência Comprimento

Médio Comprimento

Total

0 1 1369 570 781191

1 2 459 1199 550795

2 3 117 2344 274322

3 4 30 5774 173210

4 5 7 13112 91786

5 6 2 26188 52377

6 7 1 23698 23698

5.1.3.5 Índice dos comprimentos

O índice dos comprimentos RL é a relação entre os comprimentos médios dos cursos

de água L(n) e L(n+1). Para se obter o comprimento médio dos cursos de água L(n) de ordem

n, o comprimento total é dividido pelo número de segmentos Nn daquela mesma ordem, ou

seja, a média. Da mesma forma como o índice de bifurcação, o índice L(n) é calculado pela

operação ‘mean’11

de ‘Summary Statistics (Analysis)‘ (ESRI, 2006) com o ‘case field’ sendo a

ordem do curso de água. O índice de comprimentos RL tende a ser constante através das

sucessivas ordens de uma bacia (HORTON, 1932).

5.1.3.6 Índice das áreas

O índice das áreas (Ra) é um índice de área análogo ao do comprimento RL. Ra é a

razão da área média das sub-bacias dos cursos de água de uma ordem qualquer com a área das

sub-bacias dos cursos de água de ordem imediatamente superior. No geoprocessamento essa

operação é feita através um algoritmo mais complexo. O dado de entrada é a imagem da rede

de drenagem com os valores do algoritmo de Strahler. Com a função Watershed (Spatial

Analyst) (ESRI, 2006) e com o pour point data field (pontos numerados que definam sub-

bacias a ser delimitado) usando os valores da ordem de Strahler, será recebido uma imagem

com as sub-bacias categorizadas pelo método de Strahler (Figura 27). Na etapa seguinte é

necessário identificar todas as sub-bacias, com um algoritmo onde todos os trechos recebem

11 Inglês - ‘média’

Page 65: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

60

um valor único (1...i), e usando de novo a função Watershed, dessa vez com o pour point data

field o valor único, resultando em uma imagem com as sub-bacias para cada trecho. As duas

imagens vão ser convertidas para polígonos, e com a função Intersect (Analysis) (ESRI, 2006)

a intersecção geométrica é calculada. Através da função Summary Statistics (Analysis) (ESRI,

2006) com o case field igual a ordem, os valores das médias das áreas A(n) das sub-bacias

para cada ordem serão obtidos.

Figura 27 - As sub-bacias categorizadas com a ordem de Strahler

5.1.3.7 Coeficiente de torrencialidade

O coeficiente de torrencialidade (Ct) é a relação entre o número de cursos de água (N)

na bacia e a área (A) da mesma bacia. No geoprocessamento o número de cursos de água é

uma contagem simples dos objetos na rede de drenagem 5.1.3.1, e a área foi obtida no pré-

processamento em 5.1.2.1.

5.1.3.8 Índice de rugosidade

O índice de rugosidade (IR) é um índice adimensional definido pelo produto entre a

densidade de drenagem Dd (km/km2) e a amplitude altimétrica H (km). A densidade de

drenagem já foi obtida (5.1.3.3) e a amplitude altimétrica é obtida pela operação min e max de

Zonal Statistics as Table (ESRI, 2006) e a diferença dos mesmos valores. Os dados de entrada

são a imagem de SRTM e a imagem da bacia (5.1.2.1).

36°50'0"W

36°50'0"W

37°0'0"W

37°0'0"W

8°0'0"S 8°0'0"S

0 1 2 3 40,5Kilometers

4

Legenda

Rede de dren.

Linha do fundo

Rio principal

Watershed

1

2

3

4

5

6

7

Page 66: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

61

5.1.3.9 Extensão média do escoamento superficial

Este índice é a distância média em que a água da chuva escoaria sobre os terrenos de

uma bacia, tendo o escoamento escoado em linha reta desde o local onde a precipitação caiu

até o ponto mais próximo no leito de um curso de água em qualquer bacia. A área (A) da

bacia hidrográfica foi obtida em 5.1.2.1 e a linha de fundo (L) da bacia em 5.1.2.3.

5.1.3.10 Sinuosidade do curso de água

A relação entre o comprimento do curso de água principal (L) e o comprimento de

uma linha reta seguindo este rio (Lt) é a sinuosidade do curso de água (Sin), que é um fator

controlador da velocidade do escoamento. O valor do comprimento do curso de água principal

foi obtido em 5.1.2.3. A linha reta é obtida pela função ‘Smooth Line‘ (ESRI, 2006) com o

algoritmo ‘PEAK’ que é uma aproximação polinomial com um núcleo exponencial. Ele

calcula uma linha suave que não vai atravessar os vértices da linha, e com uma tolerância alta

para obter uma linha mais reta possível, mas ainda capaz de seguir o rio principal ou uma

bacia em uma forma arcada.

5.1.4 Características do relevo das bacias

5.1.4.1 Declividade máxima (Imax) e média (Imed) do rio

Obtém-se a declividade de um curso de água, entre dois pontos, dividindo-se a

diferença total de elevação do leito pela extensão horizontal do curso de água entre esses dois

pontos (SWAMI e MATTOS, 1975). A declividade máxima é definida pela equação na

Tabela 2, na qual as cotas máxima e mínima do rio principal são dadas em metros e Lh é o

comprimento do rio principal. A declividade média é definida pela equação na Tabela 2 na

página 30, sendo Li o comprimento de cada trecho do curso de água principal e Si, a diferença

das cotas no início e no fim do trecho. No geoprocessamento essa tarefa é resolvida com o uso

da função ‘Interpolate Shape (3D Analyst)’ (ESRI, 2006). Com a imagem de SRTM e o curso

principal (5.1.2.3), obtém-se a linha do curso principal com a altitude.

Figura 28 – Ilustração ‘Interpolate Shape (3D Analyst)’ (ESRI, 2006)

Page 67: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

62

Na sequência, o código programado lê os atributos de todas as partes da linha do curso

principal ‘GetPart(índex)’. O resultado de ‘GetPart(índex)’ contendo os dados id, x, y, z, m

(id - o identificador do trecho, x,y,z - as coordenadas, m - a sequência na linha múltipla) de

cada ponto numa linha múltipla. Com as equações ( 5 ) e ( 6 ), a declividade media é

calculada.

( 5 )

( 6 )

5.1.4.2 Curva hipsométrica

É a curva representativa das áreas da bacia situadas acima ou abaixo das diversas

curvas de nível da bacia. Com o modelo digital de elevação, a curva hipsométrica tem menos

importância. Muitas características do revelo podem ser diretamente obtidas através de uma

análise estatística das células da imagem raster na bacia hidrográfica.

5.1.4.3 Elevação média da bacia

A elevação média de uma bacia (Cmed) é obtida pelo resultado da operação ‘mean’ de

‘Zonal Statistics as Table’ (ESRI, 2006) que tem como dado de entrada a imagem raster do

DEM na bacia, ou seja, a determinação da média de todas altitudes contidas na células da

imagem.

5.1.4.4 Retângulo equivalente

O retângulo equivalente é um retângulo de área igual à da bacia em que o lado menor

é lr e o lado maior é Lr. São situadas as curvas de nível paralelas a lr, respeitando a

hipsometria natural da bacia. Com o Kc (Coeficiente de compacidade) obtido em 5.1.2.5 e a

área de drenagem da bacia em 5.1.2.1, determina-se o retângulo equivalente.

5.1.4.5 Índice de declividade média da bacia

Para obter o índice de declividade média da bacia (Ip), utiliza-se a função ‘Slope (3D

Analyst)’ (ESRI, 2006). Ela identifica a taxa de variação máxima de valor z (altitude) de cada

célula, que resulta em uma imagem raster contendo as declividades da imagem (DEM) em

porcentagem. Com a operação‘mean’ de ‘Zonal Statistics as Table’ (ESRI, 2006) a média é

obtida.

Page 68: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

63

5.1.4.6 Índice de declividade global

Menos preciso que índice de declividade média da bacia (Ip). A variável D na fórmula

na Tabela 2 na página 30 é a diferença de altitude em metros entre as duas curvas de nível que

abrangem 5% e 95% da área da bacia. A determinação de D somente pode ser feita a partir da

curva hipsométrica da bacia. Através de uma interpolação com a função spline cúbica, traça-

se a curva dos valores de altitude em porcentagem acumulada. Os quantis (5% e 95%) e as

altitudes correspondentes são então determinados. Com valor de Lr, o comprimento do

retângulo equivalente, obtido em 5.1.4.4 e com a diferença entre C5 e C95 obtém-se o índice

de declividade global.

5.1.4.7 Desnível específico

O desnível específico (DS) é função da forma do contorno da bacia. Com Lr (retângulo

equivalente) obtido em 5.1.4.4, D em 5.1.4.6 e a área em 5.1.2.1 o atributo é determinado.

5.1.5 Características da capacidade de escoamento das bacias hidrográficas

Outras características que também influenciam no escoamento de bacias hidrográficas

como o solo e o clima são implantados no geoprocessamento.

5.1.5.1 Solo / L600

Os tipos de solo em uma bacia são obtidos pela intersecção (ESRI, 2006) de polígono

da bacia (5.1.2.1) com os polígonos de um mapa de solo gerando uma tabela com as áreas de

cada tipo de solo para a bacia. Através da associação de informações sobre o solo, qualquer

distribuição de uma característica pode ser calculada na bacia. Nesse caso, por exemplo, o

L600, que é a lâmina média anual escoada em uma bacia hidrográfica com precipitação anual

média de 600 mm.

5.1.5.2 Percentagem de área da bacia hidrográfica com espelhos d’água - PAE

O PAE é a percentagem da área da bacia hidrográfica (5.1.2.1) coberta por espelho de

água (AE). Esse atributo não pode ser obtido somente da imagem SRTM. Para calcular a área

coberta por espelho de água, dados adicionais são necessários. Utilizam-se, por exemplo,

mapas gerados através de imagens de satélite com uma delimitação de todos os açudes. Neste

trabalho o mapa utilizado foi fornecido pela AESA. Este mapa foi gerado através de imagens

de satélite (Landsat) com uma resolução de 30 m e delimitação manual dos açudes

identificados. A partir desta imagem são determinadas as áreas de espelhos d’água dos açudes

Page 69: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

64

de uma bacia, estas áreas são acumuladas e divididas pela área de drenagem da bacia,

multiplicando-se este resultado por 100%, tem-se o valor do PAE.

5.1.5.3 Precipitação média anual

O algoritmo para determinação da precipitação média anual usa informações tipo

imagem (raster), que representam a distribuição espacial da precipitação anual para calcular a

precipitação média da bacia. Para tanto, adotou-se o método de interpolação com a inversa

distância ao quadrado. A imagem foi gerada a partir da localização dos postos pluviométricos

monitorados pela AESA e a série histórica (média dos totais anuais) é de 1994 - 2008.

5.1.6 Quantificação das características obtidas na área de estudo

A análise estatística básica (média, desvio padrão, matriz das correlações) das

características de 127 bacias hidrográficas é apresentada na Tabela 5. Os valores em vermelho

mostram correlações significativas, ou seja, valor p (teste de hipóteses) < 0,05. Os resultados

mostram que os atributos são altamente correlatos. Existem correlações principalmente entre

os atributos da mesma categoria como atributos de forma; atributos da rede de drenagem e

atributos do relevo da bacia.

Page 70: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

65

Tabela 5 – Matriz de correlação dos atributos físicos das 127 bacias hidrográficas estudadas

Variable

1Média

2Desvi

o

Padrã

o

3Área

[km²

]

4Peri

met

ro

[km]

5Linh

a de

Fun

do

[km]

6Com

pr.C

urso

pr.

[km]

7Larg

ura

Méd

ia

[km]

8Índic

e

com

paci

dad

e

9Índic

e

circ

ulari

dad

e

10Fato

r de

For

ma

11Coef

icien

te

de

torr

enci

alida

de

12Ord

em

dos

curs

os

de

água

13Com

pr.

Red

e

dren

age

m

14Den

sida

de

de

dren

age

m

15Índic

e

Bifur

caçã

o

16Índic

e

dos

com

prim

ento

s

17Índic

e

das

área

s

18Exte

nsã

o

méd

ia do

esc

oam

ento

sup

erfic

ial

19Sinu

osid

ade

do

curs

o

d́ ág

ua

20Índic

e de

rugo

sida

de

21Decli

vida

de

méd

ia

rio

22Decli

vida

de

máxi

ma

rio

23Elev

ação

méd

ia da

baci

a

24Retâ

ngul

o

equi

vale

nte

1

25Retâ

ngul

o

equi

vale

nte

2

26Índic

e de

decli

vida

de

méd

ia da

baci

a

27Índic

e de

decli

vida

de

glob

al

28Des

nível

esp

ecífi

co

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

367,77 965,65 1,00 0,93 0,81 0,81 0,86 0,43 -0,39 0,08 -0,11 0,60 1,00 0,15 0,02 -0,05 -0,04 0,86 0,46 0,46 -0,21 -0,23 -0,06 0,93 0,84 -0,07 -0,24 0,10

79,81 98,38 0,93 1,00 0,90 0,90 0,90 0,63 -0,58 0,13 -0,22 0,77 0,93 0,24 0,04 -0,05 -0,06 0,90 0,62 0,59 -0,34 -0,35 -0,07 1,00 0,88 -0,10 -0,37 0,12

19,38 19,35 0,81 0,90 1,00 1,00 0,68 0,56 -0,57 -0,13 -0,27 0,76 0,81 0,24 0,11 -0,04 -0,07 0,68 0,66 0,67 -0,33 -0,34 -0,06 0,89 0,88 -0,05 -0,38 0,23

23,83 25,84 0,81 0,90 1,00 1,00 0,67 0,55 -0,55 -0,12 -0,25 0,75 0,81 0,24 0,10 -0,05 -0,07 0,67 0,69 0,66 -0,32 -0,32 -0,06 0,90 0,87 -0,05 -0,37 0,23

10,33 12,92 0,86 0,90 0,68 0,67 1,00 0,52 -0,48 0,43 -0,19 0,74 0,86 0,23 -0,01 -0,02 -0,03 1,00 0,52 0,47 -0,35 -0,37 -0,06 0,89 0,84 -0,16 -0,35 0,06

1,51 0,28 0,43 0,63 0,56 0,55 0,52 1,00 -0,96 0,16 -0,36 0,52 0,43 0,17 0,22 -0,13 -0,13 0,52 0,48 0,51 -0,32 -0,36 -0,12 0,65 0,36 -0,03 -0,38 -0,01

0,47 0,14 -0,39 -0,58 -0,57 -0,55 -0,48 -0,96 1,00 -0,09 0,43 -0,56 -0,38 -0,21 -0,27 0,12 0,14 -0,48 -0,53 -0,55 0,36 0,38 0,12 -0,60 -0,39 0,03 0,43 -0,03

0,62 0,63 0,08 0,13 -0,13 -0,12 0,43 0,16 -0,09 1,00 0,02 0,17 0,08 0,04 -0,15 -0,00 0,03 0,43 -0,01 0,04 -0,13 -0,17 -0,08 0,14 0,07 -0,08 -0,09 -0,06

0,77 0,13 -0,11 -0,22 -0,27 -0,25 -0,19 -0,36 0,43 0,02 1,00 -0,31 -0,11 -0,22 -0,31 -0,01 -0,01 -0,19 -0,37 -0,27 0,30 0,37 -0,10 -0,21 -0,26 0,14 0,43 -0,03

3,92 1,20 0,60 0,77 0,76 0,75 0,74 0,52 -0,56 0,17 -0,31 1,00 0,60 0,37 -0,16 0,09 0,01 0,74 0,69 0,62 -0,53 -0,48 -0,03 0,76 0,83 -0,17 -0,54 0,19

377,77 999,81 1,00 0,93 0,81 0,81 0,86 0,43 -0,38 0,08 -0,11 0,60 1,00 0,16 0,02 -0,05 -0,04 0,86 0,46 0,46 -0,21 -0,23 -0,06 0,93 0,83 -0,07 -0,24 0,10

1,00 0,07 0,15 0,24 0,24 0,24 0,23 0,17 -0,21 0,04 -0,22 0,37 0,16 1,00 0,02 -0,14 -0,13 0,23 0,40 0,36 -0,34 -0,36 -0,05 0,23 0,27 -0,18 -0,27 0,16

4,13 1,30 0,02 0,04 0,11 0,10 -0,01 0,22 -0,27 -0,15 -0,31 -0,16 0,02 0,02 1,00 -0,16 -0,16 -0,01 0,09 0,09 -0,01 -0,09 -0,08 0,04 0,03 0,04 -0,09 0,04

1,95 6,46 -0,05 -0,05 -0,04 -0,05 -0,02 -0,13 0,12 -0,00 -0,01 0,09 -0,05 -0,14 -0,16 1,00 0,46 -0,02 -0,10 -0,08 0,04 0,09 -0,21 -0,06 0,02 0,01 0,04 0,02

2,59 10,18 -0,04 -0,06 -0,07 -0,07 -0,03 -0,13 0,14 0,03 -0,01 0,01 -0,04 -0,13 -0,16 0,46 1,00 -0,03 -0,08 -0,00 0,17 0,23 -0,10 -0,06 -0,02 0,08 0,15 0,13

2,58 3,23 0,86 0,90 0,68 0,67 1,00 0,52 -0,48 0,43 -0,19 0,74 0,86 0,23 -0,01 -0,02 -0,03 1,00 0,52 0,47 -0,35 -0,37 -0,06 0,89 0,84 -0,16 -0,35 0,06

1,17 0,09 0,46 0,62 0,66 0,69 0,52 0,48 -0,53 -0,01 -0,37 0,69 0,46 0,40 0,09 -0,10 -0,08 0,52 1,00 0,57 -0,31 -0,34 -0,04 0,61 0,63 -0,06 -0,41 0,19

334,31 205,36 0,46 0,59 0,67 0,66 0,47 0,51 -0,55 0,04 -0,27 0,62 0,46 0,36 0,09 -0,08 -0,00 0,47 0,57 1,00 -0,10 -0,03 -0,08 0,59 0,57 0,41 -0,04 0,72

0,01 0,01 -0,21 -0,34 -0,33 -0,32 -0,35 -0,32 0,36 -0,13 0,30 -0,53 -0,21 -0,34 -0,01 0,04 0,17 -0,35 -0,31 -0,10 1,00 0,83 -0,07 -0,33 -0,39 0,54 0,76 0,27

0,02 0,01 -0,23 -0,35 -0,34 -0,32 -0,37 -0,36 0,38 -0,17 0,37 -0,48 -0,23 -0,36 -0,09 0,09 0,23 -0,37 -0,34 -0,03 0,83 1,00 -0,04 -0,34 -0,38 0,64 0,86 0,42

502,25 168,36 -0,06 -0,07 -0,06 -0,06 -0,06 -0,12 0,12 -0,08 -0,10 -0,03 -0,06 -0,05 -0,08 -0,21 -0,10 -0,06 -0,04 -0,08 -0,07 -0,04 1,00 -0,08 -0,03 -0,05 -0,10 -0,08

34,30 45,22 0,93 1,00 0,89 0,90 0,89 0,65 -0,60 0,14 -0,21 0,76 0,93 0,23 0,04 -0,06 -0,06 0,89 0,61 0,59 -0,33 -0,34 -0,08 1,00 0,86 -0,10 -0,36 0,11

5,60 4,55 0,84 0,88 0,88 0,87 0,84 0,36 -0,39 0,07 -0,26 0,83 0,83 0,27 0,03 0,02 -0,02 0,84 0,63 0,57 -0,39 -0,38 -0,03 0,86 1,00 -0,15 -0,41 0,21

6,99 3,61 -0,07 -0,10 -0,05 -0,05 -0,16 -0,03 0,03 -0,08 0,14 -0,17 -0,07 -0,18 0,04 0,01 0,08 -0,16 -0,06 0,41 0,54 0,64 -0,05 -0,10 -0,15 1,00 0,69 0,74

12,77 14,40 -0,24 -0,37 -0,38 -0,37 -0,35 -0,38 0,43 -0,09 0,43 -0,54 -0,24 -0,27 -0,09 0,04 0,15 -0,35 -0,41 -0,04 0,76 0,86 -0,10 -0,36 -0,41 0,69 1,00 0,47

92,65 57,38 0,10 0,12 0,23 0,23 0,06 -0,01 -0,03 -0,06 -0,03 0,19 0,10 0,16 0,04 0,02 0,13 0,06 0,19 0,72 0,27 0,42 -0,08 0,11 0,21 0,74 0,47 1,00

Page 71: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

66

5.2 Resultados na simulação hidrológica

5.2.1 Dados de entrada dos modelos

No estudo em questão apenas modelos chuva-vazão do tipo concentrado foram

selecionados. Desta forma, os dados de entrada resumem-se a: série histórica de precipitação

média diária para as bacias; a evapotranspiração potencial e a área da bacia hidrográfica. A

seguir, estes dados serão discutidos.

5.2.1.1 Precipitação na bacia hidrográfica

A precipitação média é obtida através da interpolação das observações da rede dos

postos pluviométricos com o método do inverso da distância ao quadrado. Para esta tarefa foi

desenvolvido um programa no sistema de ARCGIS 9.x, que interpola a precipitação dos

postos pluviométricos, para uma bacia automaticamente delimitada, gerando uma imagem

raster com a distribuição espacial da precipitação na bacia. O programa gera um ‘Buffer’ de

30 km ao redor da bacia hidrográfica para selecionar os postos com influência na bacia. A

distribuição espacial da precipitação na bacia é aproximada através de um ‘Point Feature

Class’, que representa os postos pluviométricos (dados espaciais) disponíveis e um banco de

dados com os dados da precipitação diária (dados temporais). Caso um posto pluviométrico

não tenha dados, a interpolação é feita com os postos pluviométricos restantes. A resolução da

interpolação é de células de 1000 × 1000 m.

Figura 29 – Ferramenta da interpolação da precipitação e visualização no ArcGIS

Page 72: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

67

A incerteza sobre a distribuição da precipitação interpolada é alta e difícil de

quantificar, porque depende de muitos fatores, como, por exemplo, da distância dos postos

pluviométricos, do relevo da bacia, do método de interpolação, do tamanho da bacia e das

falhas nos dados de precipitação diária. As precipitações podem ocorrer concentradas

localmente ou distribuídas em uma região.

5.2.1.2 Evapotranspiração potencial na bacia hidrográfica

A evapotranspiração potencial foi determinada pelo método de Hargreaves et al.

(1985), considerando os valores médios diários fornecidos pela Superintendência de

Desenvolvimento do Nordeste (SUDENE) para os municípios dos Estado da Paraíba e Ceará.

A evapotranspiração potencial é essencialmente função da temperatura, da umidade do ar e da

velocidade do vento. Os valores mensais dessa variável não variam muito de um ano para o

outro na região, e nem apresentam grandes variações espaciais. A Tabela 6 mostra a

evapotranspiração potencial em alguns municípios do Estado da Paraíba.

Tabela 6 – Evapotranspiração potencial para alguns municípios no Estado Paraíba (valores em

mm/dia)

Município Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Água Branca 4,9 4,1 3,3 3,3 3,1 3,1 3,3 4,0 4,6 4,9 5,0 5,1

Aguiar 6,3 3,4 4,3 4,3 4,0 4,0 4,4 5,3 6,0 6,4 6,5 6,6

Alagoa Grande 5,5 5,4 5,5 4,2 3,6 3,1 3,1 3,5 4,4 5,2 5,4 5,5

Alagoa Nova 4,3 4,2 3,8 3,1 2,4 2,1 2,2 2,6 3,4 4,2 4,4 4,4

Alhandra 5,0 4,9 4,6 4,0 3,3 2,9 2,9 3,3 4,0 4,6 4,9 4,9

Antenor Navarro 6,3 5,4 4,3 4,3 4,0 4,0 4,4 5,3 6,0 6,4 6,5 6,6

Arapuã 4,9 4,8 4,5 3,9 3,1 2,8 2,9 3,4 4,1 4,7 4,9 4,9

Araruna 5,2 5,1 4,5 3,8 2,9 2,5 2,6 3,2 4,2 4,9 5,2 5,2

Areia 4,0 3,8 3,4 3,8 2,2 1,9 2,0 2,4 3,1 3,8 4,0 4,0

5.2.2 Resultados com o modelo SMAP

Nem todos os reservatórios tinham dados suficientes para o objetivo deste trabalho. De

123 açudes oficialmente monitorados, somente 80 tinham dados diários (cotas) suficientes

para analisar e simular o modelo chuva-vazão diário. Durante a realização das simulações,

procurou-se obter o máximo de eventos em períodos com intensidades de precipitações

diferentes. Normalmente, são necessários 30 anos de dados, principalmente para a simulação

mensal. A vantagem da simulação diária é a quantidade dos dados disponíveis (para um ano

30 vezes mais do que a simulação mensal). A média das observações dos reservatórios usados

Page 73: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

68

é consistida por 1834 registros (dias), que é aproximadamente cinco anos, mas não

necessariamente contínuo. Por exemplo, existem reservatórios simulados com seis pequenos

períodos distintos, focando eventos na época chuvosa e assim informações registradas nestes

eventos de precipitação.

Na Tabela 7 é listado o desempenho da calibração com o modelo SMAP para

diferentes tamanhos de açudes. Pode ser observado que o desempenho (r2) aumenta com uma

bacia maior ou com açudes com uma maior capacidade. Por exemplo, os maiores açudes são

monitorados diariamente quase sem falhas, em contraste, os pequenos açudes têm muitas

falhas. Além destes aspectos, também se reflete nos resultados o efeito de distribuição ou

amortecimento de eventos concentrados nas grandes bacias.

Tabela 7 – Desempenho do modelo SMAP para os todos os açudes calibrados

Capacidade açude (m³) N° de açudes r2 mensal

< 1.000.000 20 0,52

de 1.000.000 a 5.000.000 36 0,65

de 5.000.000 a 20.000.000 34 0,59

de 20.000.000 a 100.000.000 26 0,67

> 100.000.000 5 0,80

Não é possível mostrar todos os resultados obtidos, pois cada açude é em um caso

diferente, o espaço aqui não seria suficiente. Por isso, são mostrados nesta seção os resultados

detalhados de um reservatório pequeno (com 1.349.980 m³ com cerca de 700 registros

diários), com poucos dados, e um reservatório grande com muitos dados (1.358.000.000 m³

com cerca de 5080 registros diários).

5.2.2.1 Hidrogramas selecionadas

Os resultados das simulações serão mostrados nos hidrogramas com vazões

observadas e vazões calculadas, para observar o desempenho do modelo. A Figura 30

apresenta, por exemplo, o reservatório Glória localizado no município Juru/PB com uma

bacia hidrográfica de 39 km², que não apresentou bons resultados (r2

= 0,29).

Page 74: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

69

Hidrograma

01/01/00

11/04/00

20/07/00

28/10/00

05/02/01

16/05/01

24/08/01

02/12/01

Data

0

1

2

3

4

5

Va

o [

m³/

s]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Pre

cip

ita

çã

o [

mm

]

Observado(L)

Calculado(L)

Precipitação(R)

Figura 30 – Hidrograma açude Glória (3854046) – vazões diárias de baixa magnitude.

Pode-se observar que a correlação foi inferior principalmente por causa dos registros

do evento perto do dia 09/04/2000 e o ruído na época seca. O ruído significa que o balanço

hídrico na época seca é uma função oscilante perto de zero, derivado da precisão dos dados de

entrada (cotas diárias). Principalmente, em pequenos açudes este erro é maior, porque a vazão

real está na faixa do ruído. A medição das cotas é feita em centímetro. Para um reservatório

do tamanho médio de 2 km², esta diferença é igual a 0,23 m³/s. A sensibilidade do

desempenho do modelo com o ruído não é significativa. Mesmo com valores zerados o

resultado é semelhante, não gerando uma diferença na função objetivo ou nos resultados.

O evento do dia 08/04/2000 é causado por um salto da cota do reservatório de 66,32 m

para 68,44 m sem precipitação suficiente na bacia, provavelmente o leitor se enganou na

leitura da régua – possivelmente, a cota certa seria 67,44 m. Pequenos açudes são também

mais sensíveis ao extravaso dos açudes a montante.

Page 75: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

70

Hidrograma

1/3/94

13/2/95

28/1/96

11/1/97

26/12/97

10/12/98

24/11/99

7/11/00

22/10/01

6/10/02

20/09/03

3/9/04

18/8/05

2/8/06

17/7/07

Data

0

200

400

600

800

1000V

azã

o [

m³/

s]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Pre

cip

ita

çã

o [

mm

] Observado(L)

Calculado(L)

Precipitação(R)

Figura 31 – Hidrograma Açude Coremas (3844014) - vazões diárias elevadas.

A Figura 31 mostra o hidrograma diário de um reservatório de grande porte, o açude

Coremas, com 1.358 milhões de m³. A correlação entre as vazões calculadas e observadas é

alta (r² = 0,8). O desempenho inteiro mostra que o modelo é bem equilibrado. As maiores

diferenças estão nos picos, estas diferenças são causadas pela operação dos açudes a

montante. Já na Figura 32 são apresentados os resultados da simulação mensal. Todos os

picos diminuíram cerca 75% e a correlação aumentou (r² = 0,91). O desempenho visual do

modelo é suavizado, a época chuvosa é reduzida para um evento (um pico).

Hidrograma ( 5v*170c)

Mar-1994Mar-1995

Mar-1996Mar-1997

Mar-1998Mar-1999

Mar-2000Mar-2001

Mar-2002Mar-2003

Mar-2004Mar-2005

Mar-2006Mar-2007

Mar-2008

Mês

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Vazão [m

³/s]

Observado

Calculado

Figura 32 – Açude Coremas (3844014) - resultados mensais.

L ine Plo t (3844014_Res u l ts _SM APD 6v *5206c )

# 3

60

0

# 3

66

0

# 3

72

0

# 3

78

0

# 3

84

0

# 3

90

0

# 3

96

0

# 4

02

0

# 4

08

0

# 4

14

0

# 4

20

0

# 4

26

0

# 4

32

0

# 4

38

0

# 4

44

0

# 4

50

0

0

200

400

600

800

1000

Obs erv ado

Ca lc u lado

Page 76: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

71

5.2.2.2 Estatísticas selecionadas

5.2.2.2.1 Histogramas de frequência / Curva de permanência

Os histogramas de frequência e as curvas de permanência conferem, se a magnitudes

das vazões geradas pelo modelo, estão corretamente equilibradas em termos de vazões. Por

causa da grande quantidade de observações de valor nulo no semiárido, as curvas de

permanência diárias não apresentam uma boa distribuição para a análise. Assim, para

comparar o equilibro da distribuição das vazões, os histogramas de frequência são aqui

traçados, com a escala linear acrescendo de um fator dois.

Histograma ( 6v*700c)

92%

3% 3%1% 1% 0% 0% 0%

89%

4% 4%2%

1% 1%

0,05 0,10 0,20 0,40 0,80 1,60 3,20

Vazão [m³/s]

0%

14%

29%

43%

57%

72%

86%

100%

[%]

0

100

200

300

400

500

600

700

[N]

Observado: N = 698; Mean = 0,0535; StdDv = 0,2335; Max = 4,512; Min = 0 Calculado: N = 698; Mean = 0,0295; StdDv = 0,1177; Max = 1,4502; Min = 0

Observado Calculado

Histograma ( 4v*22c)

71%

10%

14%

5%

76%

14%

10%

0,05 0,10 0,20 0,40 0,80 1,60 3,20

Vazão [m³/s]

0%

10%

19%

29%

38%

48%

57%

67%

76%

86%

[%]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

[N]

Observado: N = 21; Mean = 0,0564; StdDv = 0,0646; Max = 0,3028; Min = 0,0217 Calculado: N = 21; Mean = 0,0318; StdDv = 0,0514; Max = 0,1746; Min = 0

Observado Calculado

(a) (b)

Figura 33 - Histogramas de frequência - Açude Glória (3854046) (a) diário/ (b) mensal

A Figura 33 mostra a distribuição das vazões para o açude Glória com dados diários e

mensais. Pode-se observar a grande quantidade das vazões de baixa magnitude (valores

inferiores a 0,05 m³/s), que representam 90% das observações (incluindo o ruído na época

seca). O histograma mensal mostra a redução dos dados e dos picos e a diminuição dos dados

totais. Na Figura 34, têm-se os resultados do açude de grande porte (açude Coremas). Neste

caso, os dados da distribuição com as vazões diárias e mensais são mais próximas, e a forma

da distribuição das vazões é semelhante. O menor desempenho com os açudes pequenos

(retratado na Figura 33) se deve a menor quantidade de dados e também à concentração de

erros de alguns eventos. Um efeito negativo da simulação mensal é a disposição dos dados

para os meses do calendário gregoriano. Desta forma, um evento de chuva intenso de alguns

dias (por exemplo, entre março e abril) pode ser ‘cortado’ em dois meses com dados menos

intensos.

Page 77: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

72

Histograma ( 7v*5206c)

69%

9%

5% 5% 4%3%

2% 1% 0% 0%

69%

7% 6% 6%5%

3%2%

1% 0% 0%

4 8 16 32 64 128 256 512 1024

Vazão [m³/s]

0%

10%

20%

30%

39%

49%

59%

69%

79%

[%]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

[N]

Observado: N = 5075; Mean = 18,0106; StdDv = 70,8136; Max = 1116,2524; Min = 0 Calculado: N = 5075; Mean = 18,0973; StdDv = 67,8993; Max = 1208,7486; Min = 0

Observado Calculado

Histograma ( 5v*170c)

59%

13%

7% 7% 7%

2% 2%1%

58%

9%11%

9%7%

4%

1% 1%

4 8 16 32 64 128 256 512 1024

Vazão [m³/s]

0%

12%

24%

37%

49%

61%

73%

[%]

0

20

40

60

80

100

120

[N]

Observado: N = 164; Mean = 17,4903; StdDv = 47,4559; Max = 370,6595; Min = 0 Calculado: N = 164; Mean = 17,7437; StdDv = 48,4779; Max = 405,7912; Min = 0

Observado Calculado

(a) (b)

Figura 34 – Histogramas de frequência - Coremas (3844014) (a) diário / (b) mensal

5.2.2.2.2 Estatística descritiva

A Tabela 8 mostra os resultados da estatística descritiva da Figura 33 e da Figura 34.

Principalmente pode ser observada uma maior aproximação dos valores observados e

calculados com dados mensais.

Tabela 8 – Resultados da análise estatística básica

Açude Dados Registros Média Desvio

Padrão

Máximo Mínimo

Glória diário observado 698 0,054 0,23 4,512 0

calibrado 698 0,030 0,12 1,452 0

Gloria mensal observado 21 0,056 0,065 0,303 0

calibrado 21 0,032 0,051 0,175 0

Coremas diário observado 5075 18,01 70,81 1116,25 0

calibrado 5075 18,09 57,90 1208,75 0

Coremas mensal observado 164 17,49 47,46 370,66 0

calibrado 164 17,74 48,48 405,80 0

A diferença da média (diário/mensal - Glória: 0,053/0,056 e Coremas: 18,01/17,49) é

causada pelo primeiro e ultimo mês de cada período simulado que não pode ser considerado

por causa de dias faltando no mês. O desvio padrão é significativamente maior nos dados

diários, como esperado.

Page 78: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

73

5.2.2.2.3 Outros resultados estatísticos

Existe uma correlação forte (r = 0,7) entre a área da bacia e a função objetivo (4.2.4.1).

Isso significa que, com um aumento da área da bacia aumenta-se também a diferença total dos

valores medidos e observados. Na relação entre r² e a área, essa tendência não foi observada,

significando que o erro é somente relativo devido às grandezas dos valores.

Esperava-se uma correlação forte entre a área da bacia hidráulica e o desempenho (r2)

da calibração ou a área da bacia hidrográfica e o desempenho (r²) da calibração, porque a

precipitação para uma bacia pequena apresenta maiores incertezas e a vazão é mais sensível a

pequenas variações da distribuição da precipitação na bacia hidrográfica. Nas bacias pequenas

as vazões ficam muitas vezes na faixa de ruídos mencionados previamente. Os resultados

mostram uma correlação fraca (r = 0,23), mas suficiente para afirmar este efeito.

Existe também uma correlação muita baixa (0,1) em a relação à distância de posto

pluviométrico mais próximo do açude e o r² da modelagem. Este aspecto confirma uma

influência das distâncias dos postos pluviométricos nos resultados.

5.2.2.3 Resultados de todos os açudes

Os resultados das simulações são agrupados na Tabela 9 com o nome do açude, o

código (AID), a área da bacia hidrográfica (Area), os parâmetros do modelo SMAP (str, k2t,

ai, capc), a função objetivo (FO), r2 diário, r

2 mensal, a avaliação visual e r

2 total (r2_m_d).

Page 79: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

74

Tabela 9 – Resultados da calibração de todas as bacias hidrográficas Nome AID Area Baciastr k2t ai capc FO r2_diario r2_mensal visual r2_m_d

Açude Coremas 3844014 6427 332,1 3,0 2,5 42,1 19,1 0,80 0,91 bom 0,85

Açude Albino 3844798 17 289,2 5,0 4,6 45,4 0,0 0,75 0,93 bom 0,83

Açude Cato lé 3853369 125 614,8 0,3 5,0 41,8 0,0 0,79 0,86 bom 0,82

Açude Prata II 3855386 9 109,3 1,7 5,1 43,1 0,0 0,68 0,96 bom 0,81

Açude Arro jado 3833021 34 555,2 0,9 2,5 36,4 0,5 0,72 0,87 bom 0,79

Açude Capoeira 3845321 276 230,9 2,1 5,0 38,5 0,7 0,74 0,81 bom 0,78

Açude Lagoa do Arroz 3832589 323 547,9 2,6 2,5 38,7 1,9 0,61 0,93 bom 0,75

Açude Carneiro 3834035 295 255,2 5,0 3,9 45,6 28,5 0,62 0,88 bom 0,74

Açude Canafístula II 3838579 17 766,4 0,9 2,5 40,2 0,0 0,61 0,84 bom 0,72

Açude São José III 3846743 105 257,7 1,4 5,1 41,4 0,7 0,59 0,84 bom 0,70

Açude Eng. Ávidos 3833913 936 324,1 2,7 2,5 43,5 47,8 0,58 0,79 bom 0,67

Açude Pilões 3832399 261 136,8 2,7 5,1 44,2 0,6 0,51 0,87 bom 0,66

Açude Vazantes 3843832 118 181,3 0,7 5,1 40,5 0,5 0,51 0,81 bom 0,64

Açude São Gonçalo 3833643 306 343,6 2,5 5,1 39,0 2,4 0,56 0,73 bom 0,64

Açude Caraibeiras 3837127 43 144,8 4,2 5,1 37,9 0,1 0,38 0,98 bom 0,61

Açude Saco 3843995 354 322,3 1,8 5,1 37,8 0,4 0,43 0,87 bom 0,61

Açude Jatobá II 3854405 63 426,3 0,3 2,5 43,4 0,5 0,47 0,79 bom 0,61

Açude Acauã 3848893 3801 134,0 5,0 2,5 37,0 52,2 0,48 0,75 bom 0,60

Açude Piranhas 3853014 158 214,7 0,4 5,1 41,5 16,7 0,52 0,69 bom 0,59

Açude Gamela 3832182 10 255,5 5,0 5,1 30,1 0,0 0,40 0,83 ruim 0,57

Açude Riacho dos Cavalos 3824870 164 681,4 1,9 2,5 35,4 0,5 0,40 0,77 bom 0,56

Açude Jeremias 3845586 95 447,4 4,1 5,1 36,6 9,2 0,38 0,80 bom 0,55

Açude São Paulo 3855266 181 695,4 5,0 2,5 44,8 1,3 0,39 0,77 bom 0,55

Açude São Sebastião 3848133 7 448,4 5,0 5,1 36,1 0,0 0,40 0,73 bom 0,54

Açude Santa Rosa 3825602 266 1353,5 3,7 5,1 42,1 0,1 0,38 0,74 bom 0,53

Açude Boqueirão do Cais 3837082 174 2000,0 0,4 5,1 37,2 0,0 0,54 0,51 ruim 0,53

Açude Jenipapeiro 3833971 26 211,5 0,8 4,4 36,7 0,0 0,41 0,65 bom 0,51

Açude Epitácio Pessoa 3847976 7207 100,0 4,6 5,1 31,2 72,5 0,35 0,75 bom 0,51

Açude Poções 3856076 510 239,6 2,8 5,1 41,0 0,2 0,36 0,71 bom 0,50

Açude Caldeirão 3737414 19 119,3 0,8 5,1 41,8 0,0 0,42 0,60 bom 0,50

Açude Jatobá I 3845147 91 507,3 1,6 2,5 35,8 9,2 0,32 0,75 bom 0,49

Açude Chã dos Pereiras 3848474 17 161,7 3,3 5,0 42,0 0,0 0,35 0,69 bom 0,49

Açude Engenheiro Arcoverde 3834884 126 359,7 1,9 2,5 39,1 2,2 0,30 0,77 bom 0,48

Açude Emas 3844159 40 456,1 5,0 2,5 45,1 0,0 0,26 0,88 bom 0,48

Açude Cachoeira dos Cegos 3844168 288 317,8 0,6 2,5 38,2 0,2 0,42 0,55 bom 0,48

Açude da Farinha 3845155 738 689,1 3,3 2,5 48,3 47,1 0,35 0,64 bom 0,47

Açude Cordeiro 3856668 1312 229,2 2,3 5,1 37,6 36,6 0,33 0,65 bom 0,47

Açude Sumé 3856325 763 765,7 1,4 2,5 43,0 14,2 0,36 0,56 bom 0,45

Açude Queimadas 3844709 123 321,6 2,3 4,6 40,4 0,5 0,29 0,67 bom 0,44

Açude Soledade 3847131 200 205,5 0,5 5,1 32,6 0,3 0,39 0,48 bom 0,43

Açude Gramame - M amuaba 3940513 254 713,9 2,6 2,5 39,5 0,2 0,42 0,44 bom 0,43

Açude Riacho das M oças 3845443 20 1674,1 1,8 2,5 31,9 0,1 0,30 0,59 bom 0,42

Açude Bom Jesus 3843025 26 137,6 1,3 5,1 45,1 0,1 0,29 0,60 ruim 0,42

Açude Boquirão dos Cochos 3843372 42 100,0 1,3 2,5 43,0 0,2 0,35 0,49 bom 0,42

Açude Chupadouro II 3848365 2 283,9 2,4 2,6 39,8 0,0 0,25 0,63 bom 0,40

Açude Várzea 3836501 4 331,2 0,7 2,9 40,0 0,0 0,27 0,57 bom 0,39

Açude Chupadouro I 3833047 18 271,0 2,5 4,3 39,7 1,0 0,20 0,73 bom 0,38

Açude Araçagi 3839744 2048 1250,8 4,0 2,5 34,6 2,0 0,17 0,77 ruim 0,36

Açude Cachoeira dos Alves 3843658 110 321,1 3,0 2,5 39,7 0,0 0,14 0,89 bom 0,36

Açude Serra Branca I 3846972 55 186,4 5,0 5,0 37,3 1,6 0,27 0,46 bom 0,35

Açude Bom Jesus (Poço Comprido)3844974 94 560,1 3,1 2,5 39,0 18,4 0,20 0,59 bom 0,34

Açude Cafundó 3843424 5 157,8 4,9 2,7 37,8 0,0 0,17 0,69 bom 0,34

Açude Covão 3848018 18 100,0 5,0 2,5 49,8 0,0 0,32 0,35 ruim 0,33

Açude Gavião 3848754 10 536,4 1,9 2,5 42,5 0,1 0,17 0,62 ruim 0,32

Açude Paraíso (Luiz Oliveira) 3833193 71 189,0 2,6 2,5 38,9 1,7 0,25 0,42 bom 0,32

Açude Timbaúba 3854137 99 556,7 2,0 2,5 38,7 0,0 0,17 0,63 bom 0,32

Açude M arés 3940321 28 687,9 4,7 2,6 41,6 0,0 0,13 0,79 ruim 0,32

Açude Olho D'agua 3849147 9 382,3 5,0 2,5 41,1 0,1 0,20 0,50 ruim 0,32

Açude São Salvador 3849166 99 1549,3 2,0 2,5 37,3 0,0 0,22 0,35 bom 0,31

Açude Glória 3854046 40 625,6 1,4 2,5 49,8 0,2 0,20 0,42 bom 0,29

Açude Camalaú 3856736 1045 934,8 1,5 2,6 37,5 0,1 0,18 0,44 ruim 0,28

Açude São Domingos 3857215 71 311,1 0,7 5,1 30,9 0,1 0,20 0,41 ruim 0,28

Açude Barto lomeu 3843604 59 100,0 2,6 2,5 43,9 11,4 0,18 0,43 bom 0,28

Açude Frutuoso 3843264 20 176,9 3,5 2,5 39,2 0,1 0,19 0,37 ruim 0,27

Açude Vaca Brava 3838953 14 442,0 4,8 2,6 46,8 0,0 0,11 0,64 bom 0,27

Açude Duas Estradas 3839414 3 973,6 2,0 2,5 40,4 0,0 0,16 0,37 ruim 0,25

Açude Brejinho 3848278 16 1034,7 1,1 2,6 41,0 0,0 0,24 0,54 bom 0,24

Açude Várzea Grande 3827934 505 1988,4 1,6 5,0 39,5 0,0 0,22 0,24 ruim 0,23

Açude Santa Inês 3852285 98 1999,5 5,0 2,5 35,5 0,0 0,06 0,87 ruim 0,23

Açude São M amede 3835888 214 614,6 3,1 2,5 43,2 0,0 0,15 0,35 bom 0,22

Açude Campos 3856591 182 1282,6 0,8 2,5 43,5 0,0 0,08 0,59 ruim 0,21

Açude Taperoá II 3846434 590 876,9 2,2 5,1 39,3 0,4 0,10 0,43 ruim 0,21

Açude Suspiro (Paredão) 3839408 6 1824,0 0,9 3,2 37,1 0,0 0,14 0,25 ruim 0,19

Açude Emídio 3848119 9 1639,6 0,6 2,7 35,1 0,0 0,08 0,38 ruim 0,18

Açude Jangada 3839678 8 1981,7 1,0 3,3 40,0 0,0 0,13 0,17 ruim 0,15

Açude M ilhã 3848213 26 889,5 3,6 2,5 49,0 0,0 0,11 0,30 ruim 0,12

Açude Felismina Queiroz 3837721 348 1998,7 4,9 2,7 38,7 0,0 0,07 0,18 ruim 0,11

Açude São José II 3855789 269 1896,0 5,0 2,6 48,5 0,0 0,03 0,28 ruim 0,10

Açude Serra Vermelha 3852099 58 1155,9 2,8 2,5 45,1 1,7 0,04 0,16 ruim 0,10

Açude Livramento 3846722 94 1999,1 5,0 5,1 46,8 0,0 0,02 0,14 ruim 0,03

Page 80: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

75

A Figura 35 mostra a distribuição do parâmetro STR para as bacias hidrográficas com

uma calibração boa. O teste de Shapiro–Wilk mostrou que as observações não têm uma

distribuição normal (W = 0,84; p < 0.01 - hipótese nula rejeitada). A maioria das observações

concentra-se acima do mínimo (100) entre 200 e 400 e os valores das observações diminuíam

com o aumento do parâmetro STR. A linha na Figura 35 mostra a distribuição de Rayleigh,

que é também típica para observações naturais.

24%

40%

17%

16%

2% 2%

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

str

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

No

of

ob

s

24%

40%

17%

16%

2% 2%

str: N = 58; Mean = 382,4587; StdDv = 261,7884; Max = 1549,25; Min = 100

Figura 35 – Histograma do parâmetro STR

O parâmetro K2T (ver Figura 36) mostra uma distribuição quase uniforme entre os

limites. K2T é a constante de recessão do escoamento superficial. O que chama atenção é

aparentemente existir várias bacias (17%) que foram calibradas no limite máximo do

parâmetro. Essas bacias mostraram um efeito maior de recesso de escoamento superficial.

Pôde ser observado através dos hidrogramas das bacias, que o recesso do escoamento

superficial nestes casos foi calibrado corretamente, assim este efeito não é preocupante.

Page 81: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

76

7%

14%

12%

10%

12%

16%

7%

5%

17%

-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

k2t

0

2

4

6

8

10

12

Qu

an

t. d

e o

bse

rva

çõ

es

7%

14%

12%

10%

12%

16%

7%

5%

17%

k2t: N = 58; Média = 2,4463; Desvio Padrão = 1,5096; Max. = 5; Mín. = 0,289

Figura 36 - Histograma do parâmetro K2T

O histograma na Figura 37 mostra a distribuição do parâmetro AI (abstração inicial).

Foi observado que a maioria das bacias hidrográficas se concentra nos limites estabelecidos.

Os valores representam no limite inferior (2,5 mm) uma bacia sem vegetação e no limite

superior (5,0 mm) uma floresta densa. A vegetação na bacia que depende do período chuvoso

ou seco, da precipitação anual, da agricultura etc. é um parâmetro difícil de calibrar. O

parâmetro representa indiretamente a vegetação e não precisa estar relacionado com a

vegetação.

36%

19%

5%

3%

9%

28%

2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5

ai

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

No

of o

bs

36%

19%

5%

3%

9%

28%

ai: N = 58; Mean = 3,5691; StdDv = 1,1941; Max = 5,1; Min = 2,5

Figura 37 - Histograma do parâmetro AI

Page 82: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

77

O último parâmetro (CAPC) calibrado do modelo SMAP mostra uma distribuição

normal (teste de Shapiro–Wilk W = 0,98; p = 0,39 hipótese nula aprovada).

2%

3%

21%

24%

21%

12%

10%

3% 3%

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52

capc

0

2

4

6

8

10

12

14

16N

o o

f o

bs

2%

3%

21%

24%

21%

12%

10%

3% 3%

capc: N = 58; Mean = 40,5863; StdDv = 3,49; Max = 49,755; Min = 32,643;

SW-W = 0,9785; p = 0,3928

Figura 38 - Histograma do parâmetro CAPC

5.2.3 Resultados do modelo MODHAC

O desempenho do modelo MODHAC, na versão diária, não foi satisfatório. Em

dependência da função objetivo, o modelo calibrado tenta simular com o escoamento

hipodérmico (ASS) as vazões baixas observadas (por exemplo, as vazões depois dos picos

altos na época chuvosa). O algoritmo tem duas saídas para a vazão, as quais no fim ficam

somadas para a FO (escoamento hipodérmico (ASS) + escoamento superficial (ASP)), a FO

não conseguiu separar essas duas saídas nos parâmetros. O resultado com uma FO com

prioridade nas vazões de menor magnitude foi um pouco melhor. Com uma FO sem

prioridade das vazões, a calibração zera o reservatório subsuperficial e assim não gera

escoamento hipodérmico. Este aspecto e os resultados confirmam que as vazões são

representadas melhor sem reservatório subsuperficial e escoamento hipodérmico. A Figura 39

mostra o hidrograma com a função objetivo como na seção 4.2.4.1.

Page 83: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

78

Hidrograma ( 6v*852c)

501 508 515 522 529 536 543 550 557 564 571 578 585 592 599

Registro

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Va

o [

m³/

s]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Pre

cip

ita

çã

o [

mm

]

Observado(L)

Calculado(L)

Precipitação(R)

Figura 39 - Hidrograma Açude Canafístula I (3838579) – Modelo MODHAC diário

Desta forma, somente resta o parâmetro RSPX (nível máximo do reservatório

superficial) para calibrar o modelo. O desempenho do modelo SMAP foi um pouco melhor ou

igual nas simulações. Desta forma, os resultados do modelo MODHAC não foram usados nas

etapas posteriores.

5.2.4 Resultados modelo HBV

O modelo chuva-vazão HBV tinha alguns problemas para representar as vazões

observadas. O recesso da água mostrou uma defasagem que foi resolvida, mas apresentou

ainda um problema com os eventos da precipitação inicial que nunca saturam o solo no

primeiro dia. Os resultados para o açude Canafístula I são apresentados na Figura 40.

Page 84: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

79

Hidrograma ( 6v*852c)

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Registros

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

Va

o [

m³/

s]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Pre

cip

ita

çã

o [

mm

]

Observado

Calculado

Precipitação

Figura 40 – Hidrograma Açude Canafístula I (3838579) – Modelo HBV diário

O trabalho com o modelo HBV foi interrompido, principalmente por que os limites

dos parâmetros do modelo ainda não foram estabelecidos para a região semiárida do nordeste

do Brasil. Outra razão é que a estrutura do modelo não é muito diferente do modelo SMAP.

5.3 Resultados da regionalização

5.3.1 Resultado da mineração de dados

5.3.1.1 Análise dos componentes principais

Com uma análise dos componentes principais a similaridade das variáveis em si foi

investigada. O resumo da análise de componentes principais é visualizado na Tabela 10.

Foram identificadas três componentes significativos que explicam 66 % da proporção de

variância total.

Tabela 10 - Análise de componentes principais

Componente R²X R²X(Cumul.) Autovalor Q²

1 0,42 0,42 11,00 0,40

2 0,14 0,56 3,64 0,55

3 0,10 0,66 2,60 0,64

O componente principal 1 explica 42% da variância das características da bacia

hidrográficas, que pode ser identificado como a componente linear da bacia, muitos atributos

Page 85: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

80

são por exemplo derivados da área da bacia. Somente alguns atributos como a elevação

média, fator de forma, índice área/bifurcação/comprimentos, declividade e desnível específico

não são influenciados pela área total da bacia. O segundo componente, com 14%, é o relevo

ou as declividades nas bacias.

A Figura 41 mostra os atributos nos eixos do componente 1 e 2. Podem ser observados

no eixo horizontal os atributos influenciado pelo componente 1 (componente linear da bacia),

incluindo atributos como: o comprimento da rede de drenagem, o comprimento do rio

principal, a ordem máxima do curso de água, a área, o perímetro, etc. No eixo vertical o

componente de relevo, que é influenciado pelo atributos como a declividade do rio principal,

a declividade na bacia hidrográfica, desnível específico, etc.

Área

Perimetro

Linha de Fundo

Compr.Curso pr.

Largura Média

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de Forma

Coeficiente de torrencialidade

Ordem dos cursos de água

Compr. Rede drenagem

Densidade de drenagem

Índice Bifurcação

Índice dos comprimentos

Índice das áreas

Extensão média do escoamento superficial

Sinuosidade do curso d´água

Índice de rugosidade

Declividade média rio

Declividade máxima rio

Elevação média da bacia

Retângulo equivalente 1

Retângulo equivalente 2

Índice de declividade média da bacia

Índice de declividade globalDesnível específico

-1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Componente 1

-1,2

-1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Co

mp

on

en

te 2

Área

Perimetro

Linha de Fundo

Compr.Curso pr.

Largura Média

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de Forma

Coeficiente de torrencialidade

Ordem dos cursos de água

Compr. Rede drenagem

Densidade de drenagem

Índice Bifurcação

Índice dos comprimentos

Índice das áreas

Extensão média do escoamento superficial

Sinuosidade do curso d´água

Índice de rugosidade

Declividade média rio

Declividade máxima rio

Elevação média da bacia

Retângulo equivalente 1

Retângulo equivalente 2

Índice de declividade média da bacia

Índice de declividade globalDesnível específico

Figura 41 – Atributos morfológicos em relação ao componente 1 vs. o componente 2

Page 86: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

81

Acaua

albino

araçagi

arrojado

Baião

Bartolomeu

BastianaBichinho

Bom Jesus

Bom Jesus (Poço Comprido)

Boqueirão do Cais

Boqueirão dos Cochos

Bruscas

Cachoeira dos Alves

Cachoeira dos Cegos

caldeirão

Camalaúcampos

Canafístula Capivara

Capoeira

Caraibeiras

Carneiro

CatoléChã dos Pereiras

Chupadouro I

Condado

Coremas

CovãoCurimatã

Farinha

Duas Estradas

Emas

Emídio

Engenheiro Ávidos

Felismina Queiroz

Frutuoso II

Gavião

Glória

Gramame

Gurjão

JangadaJatobá

Jatobá II

Jenipapeiro

Jenipapeiro (Buiú)

Jeremias

Lagoa do Arroz

Lagoa do Matias

Lagoa do Meio

Marés

Massaranduba

Milhã

Mucutu

Namorado

Novo

Olho D'agua

Olivedos

Ouro Velho

Paraíso

Pilões

Pimenta

Pipirituba

PiranhasPocinhos

Poções

Prata II

Queimadas

Riacho das Moças

Riacho de Santo Antônio

Riacho dos Cavalos

Riacho Verde Sabonete

SacoSanta Inês

Santa Rosa

São Domingos

São Francisco

São Gonçalo

São José I

São José II

São José III

São José IV

São Salvaldor

São Sebastião

Serra Branca I

Serra Branca II

Serra Velha

Serra Vermelha

SerroteSoledade

Suspiro

TaperaTaperoá II

Tavares

Timbaúba

Vaca Brava

Várzea

Várzea Grande

Vazantes

Video

Brejinho

Escondido

José RodriguesCordeiro

Santo Antônio

Chupadouro II

Santa Luzia

Cafundó

Engenheiro Arcoverde

Poleiros

Curimataú

Algodão

Tauá

São Paulo

São Mamede

Sumé

Cacimba de Várzea

Epitácio Pessoa

Gamela

ANTENOR NAVARRO

APARECIDA

BODOCONGO

CARAUBAS

Emas

FAZENDA ALAGAMAR

POCO DE PEDRAS

Livramento

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

t1

-10

-5

0

5

10t2

Acaua

albino

araçagi

arrojado

Baião

Bartolomeu

BastianaBichinho

Bom Jesus

Bom Jesus (Poço Comprido)

Boqueirão do Cais

Boqueirão dos Cochos

Bruscas

Cachoeira dos Alves

Cachoeira dos Cegos

caldeirão

Camalaúcampos

Canafístula Capivara

Capoeira

Caraibeiras

Carneiro

CatoléChã dos Pereiras

Chupadouro I

Condado

Coremas

CovãoCurimatã

Farinha

Duas Estradas

Emas

Emídio

Engenheiro Ávidos

Felismina Queiroz

Frutuoso II

Gavião

Glória

Gramame

Gurjão

JangadaJatobá

Jatobá II

Jenipapeiro

Jenipapeiro (Buiú)

Jeremias

Lagoa do Arroz

Lagoa do Matias

Lagoa do Meio

Marés

Massaranduba

Milhã

Mucutu

Namorado

Novo

Olho D'agua

Olivedos

Ouro Velho

Paraíso

Pilões

Pimenta

Pipirituba

PiranhasPocinhos

Poções

Prata II

Queimadas

Riacho das Moças

Riacho de Santo Antônio

Riacho dos Cavalos

Riacho Verde Sabonete

SacoSanta Inês

Santa Rosa

São Domingos

São Francisco

São Gonçalo

São José I

São José II

São José III

São José IV

São Salvaldor

São Sebastião

Serra Branca I

Serra Branca II

Serra Velha

Serra Vermelha

SerroteSoledade

Suspiro

TaperaTaperoá II

Tavares

Timbaúba

Vaca Brava

Várzea

Várzea Grande

Vazantes

Video

Brejinho

Escondido

José RodriguesCordeiro

Santo Antônio

Chupadouro II

Santa Luzia

Cafundó

Engenheiro Arcoverde

Poleiros

Curimataú

Algodão

Tauá

São Paulo

São Mamede

Sumé

Cacimba de Várzea

Epitácio Pessoa

Gamela

ANTENOR NAVARRO

APARECIDA

BODOCONGO

CARAUBAS

Emas

FAZENDA ALAGAMAR

POCO DE PEDRAS

Livramento

+/-3,000*Std.Dev (Desvio Padrão)

Desvio Padrão t1: 3,320

Desvio Padrão t2: 1,891

Figura 42 – Índice t das bacias hidrográficas em relação às componentes 1 e 2

A Figura 42 mostra o índice-t12

(t-score) das bacias com a relação aos componentes 1

e 2. Observa-se que (ver Figura 42) as bacias com áreas maiores e com uma altimetria bem

diferente estão fora do limite estabelecido pela elipse, definida pela equação 7.

( 7 )

Onde:

std1 e std2 representam o desvio padrão para os componentes 1 e 2 respectivamente

t1 e t2 representam o índice t do atributo para os componentes 1 e 2 respectivamente

Principalmente, as maiores bacias da Paraíba como Coremas e Epitácio Pessoa

mostram valores muito elevados na componente 1. Por isso, talvez seja recomendada a

exclusão destas bacias da análise.

Os outros componentes são derivados da forma, do escoamento e da drenagem que

aparecem mais uniformemente distribuídas nas bacias. A Tabela 11 mostra todos os atributos

12 Indica à quantidade de desvios padrões uma observação está acima ou abaixo da média

Page 87: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

82

morfológicos em relação aos primeiros quatro componentes identificados (mais perto de 1,0 -

maior vinculação com a componente). Os maiores valores para cada componente estão

marcados em vermelhos, estes atributos são mais vinculados a componente.

Tabela 11 - Matriz de Coeficientes dos Componentes Principais

Componente 1 Componente 2 Componente 3

Área 0,86 0,21 -0,32

Perímetro 0,96 0,14 -0,15

Linha do Fundo 0,91 0,17 0,07

Compr.Curso pr. 0,90 0,18 0,06

Largura Média 0,88 0,06 -0,32

Índice de compacidade 0,68 -0,07 0,36

Índice de circularidade -0,67 0,09 -0,46

Fator de forma 0,15 -0,11 -0,33

Coeficiente de torrencialidade -0,35 0,25 -0,48

Ordem dos cursos de água 0,86 -0,04 -0,02

Compr. Da rede drenagem 0,86 0,21 -0,31

Densidade de drenagem 0,35 -0,16 0,28

Índice Bifurcação 0,08 -0,05 0,52

Índice dos comprimentos -0,07 0,10 -0,33

Índice das áreas -0,09 0,23 -0,30

Extensão média do escoamento superficial 0,88 0,06 -0,32

Sinuosidade do curso d´água 0,72 0,02 0,28

Índice de rugosidade 0,65 0,49 0,40

Declividade média do rio -0,49 0,67 -0,07

Declividade máxima do rio -0,50 0,76 -0,07

Elevação média da bacia -0,06 -0,15 0,04

Retângulo equivalente L 0,96 0,14 -0,14

Retângulo equivalente l 0,90 0,11 -0,17

Índice de declividade média da bacia -0,18 0,83 0,28

Índice de declividade global -0,52 0,76 -0,08

Desnível específico 0,12 0,78 0,33

5.3.1.2 Análise de cluster (agrupamento)

A análise de cluster foi empregada para avaliação da semelhança das bacias (ver seção

4.3.1.1). Os resultados podem ser visualizados em dendogramas. A Figura 43 mostra o

dendograma obtido por meio do algoritmo de Ward, a Figura 44 mostra o dendograma obtido

por meio do algoritmo ‘single linkage’ e a Figura 45 o dendograma obtido por meio do

algoritmo ‘complete linkage’. A principal diferença entre os dendogramas é como a distância

Page 88: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

83

está calculada e como os grupos estão conectados. A análise de agrupamento mostra

resultados semelhantes como a análise de componentes principais. Puderam ser identificados

quatro grupos/tipos de bacias hidrográficas (ver Figura 43), com o corte na distância 30 (a

distancia não tem dimensão, todos os atributos foram normatizados). As maiores bacias, por

exemplo, se agrupam no lado direito (Figura 43, Figura 44, Figura 45) em um cluster. Este

grupo está muito distanciado em relação às outras bacias hidrográficas, mas o grupo tem uma

quantidade de bacias suficiente para ser representativa. Entretanto, em todos os dendogramas

principalmente a bacia de Epitácio Pessoa e de Coremas não se encaixam bem no conjunto

deste grupo (cluster), provavelmente isto foi influenciado pela componente linear das bacias

(ver 5.3.1.1 - Análise dos componentes principais na página 79), que é muito elevado nestas

bacias muito grandes. Nos dendogramas apresentados na Figura 44 e Figura 45, com cortes

nas distâncias 6 e 13, respectivamente, as bacias São Mamede e Gramame, entre outras, foram

separadas, provavelmente devido ao relevo especial ou à forma da bacia (outros componentes

identificados).

Page 89: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

84

o M

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Corte

Figura 43 – Análise de cluster - Dendograma obtido por meio do algoritmo de Ward

Page 90: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

85

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3

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6

7

8

9D

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Corte

Figura 44 - Análise de cluster – Dendograma obtido por meio do algoritmo ‘single linkage’

Page 91: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

86

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15

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25D

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ncia

Corte

Figura 45 - Análise de cluster – Dendograma obtido por meio do algoritmo ‘complete linkage’

Page 92: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

87

Em contraste, na Figura 46 os atributos físicos das bacias hidrográficas são

visualizados em um dendograma obtido por meio do algoritmo de Ward. Os atributos foram

separados em dois grupos (Corte Distância = 70), a distância entre estes grupos é elevada, e

isto pode explicar a distância elevada em um grupo de bacias hidrográficas. O grupo do lado

direito são os atributos da componente linear das bacias hidrográficas (ver a seção Análise dos

componentes principais na página 79).

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40

50

60

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80

Dis

tân

cia

Corte

Figura 46 - Análise de cluster - Dendograma de atributos

obtido por meio do algoritmo de Ward

5.3.2 Redes Neurais Artificiais (RNA)

Para a tarefa da regressão dos atributos físicos com os parâmetros do modelo SMAP

foi usado o programa Statistica 7.0 de StatSoft, que contém módulo para RNA’s. A vantagem

do programa é a automatização do processo da construção das RNA’s. Com este programa

várias configurações/combinações de RNA’s podem ser simuladas rapidamente. O programa

altera a função de transferência/ativação, o número de neurônios, o tipo da RNA, a

amostragem etc.. Assim, a melhor rede pode ser determinada o mais rápido através do

desempenho observado das redes neurais. Para determinar a melhor rede pode ser usado um

método de ‘brute-force’ (simular uma quantidade grande de RNA’s com configurações

alteradas) ou a seleção supervisionada (seleção manual da função de transferência com

melhor desempenho ou o número de neurônios na camada escondida com melhor

desempenho).

Page 93: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

88

5.3.2.1 Treinamento – RNA’s convencionais

Depois da mineração dos dados através do algoritmo CFS (seleção de características

baseada na correlação), da análise de cluster e da análise dos componentes principais, as

amostras para a fase de treinamento, a fase de verificação e a fase de validação foram

selecionadas manualmente. Desta forma, é garantido que cada fase tenha uma amostra

representativa de bacias hidrográficas. A Tabela 12 mostra a seleção das bacias hidrográficas

para cada processo do treinamento das redes neurais.

Tabela 12 – Amostragem das bacias hidrográficas para o treinamento das redes neurais

Como já mencionado, para decidir qual estrutura das redes neurais consegue

apresentar os melhores resultados, várias estruturas (camadas e neurônios escondidas

diferentes, funções de transferência diferentes) foram simuladas e comparadas. O desempenho

das redes neurais foi avaliado, como as RNA’s podem prevenir dados não conhecidos (dados

de validação).

Para o treinamento da RNA foi usado o algoritmo BFGS (Broyden–Fletcher–

Goldfarb–Shanno). O BFGS é um algoritmo de otimização de segunda ordem (método quase

Newton), que converge muito rapidamente. As figuras da estrutura das redes neurais nesta

seção mostram os atributos selecionados pelo algoritmo CFS para cada parâmetro do modelo

chuva-vazão SMAP, respectivamente.

As RNA’s do tipo MLP13

(Perceptron Multi-Camadas) com uma camada escondida

foram escolhidas para todos os parâmetros. O desempenho da regressão não aumentou com

mais camadas escondidas. Somente a quantidade de neurônios na camada escondida foi

variada. A Figura 47 mostra a estrutura selecionada para a regressão do parâmetro STR,

capacidade de saturação do modelo SMAP, com 9 neurônios de entrada e 6 neurônios na

13 MLP - Multilayer Perceptron

trein

am

ento

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trein

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trein

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trein

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trein

am

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trein

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trein

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Açude A

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Açude B

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Açude C

achoeira d

os C

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Açude C

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Açude C

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Açude C

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Açude C

apoeira

Açude C

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Açude C

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eiro

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Açude C

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Açude C

hupadouro

II

Açude C

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iras

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Açude E

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Açude G

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Mam

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Açude J

ato

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Açude P

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Luiz

Oliv

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Açude P

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Açude P

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Açude P

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Açude S

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Açude S

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Açude V

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ND

A A

LA

GA

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R

Page 94: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

89

camada escondida. A RNA emprega uma função de transferência tipo tangente hiperbólica

(sigmóide) para a camada escondida e passa para o neurônio de saída sem função de

transferência.

Figura 47 – Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro STR do modelo SMAP

No gráfico de dispersão (Figura 48) as três amostragens (treinamento, verificação,

validação) das bacias hidrográficas são comparadas com o valor STR observado e calculado

pela RNA. A regressão não é perfeita, mas a RNA é capaz de prever o parâmetro STR para as

bacias não conhecidas com um erro aceitável (erro <0,1).

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

str (meta/obs.)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

str

(sa

ída

RN

A)

Figura 48 – Resultado do treinamento da RNA para parâmetro STR com as três amostras

(treinamento, verificação, validação)

Índice de bifurcação

Sinuosidade do rio principal

Declividade média do rio principal

Solo classe 1

Solo classe 2

L600 média

PAE

Precipitação média

Fator de forma

STR

Page 95: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

90

O desempenho e o erro do treinamento para o parâmetro STR podem ser vistos na

Tabela 13. Os primeiros valores mostram o primeiro desempenho das amostras através do

coeficiente de determinação (r2) e depois a soma dos erros ao quadrado.

Tabela 13 – Resultado do treinamento da RNA para parâmetro STR

Nome Desempenho

no Treinamento

Desempenho na

Verificação

Desempenho na Validação

Erro no Treinamento

Erro na Verificação

Erro na Validação

MLP 9-6-1

0,88 0,72 0,65 0,01 0,09 0,10

Também é interessante neste contexto a sensibilidade de cada atributo de entrada, na

qual a análise de sensibilidade avalia a importância das variáveis de entrada. Para o parâmetro

STR os atributos com a maior influência/pesos foram o de classe 1 de solo (solos com menor

lâmina escoada) e a precipitação média na bacia hidrográfica (ver Tabela 14).

Tabela 14 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro STR [pesos]

Nome Fator de Forma

Índice de Bifurcaç

ão

Sinuosidade

Decl. Rio Classe

1 Classe

2 L600

Média PAE Prec.Media

MLP 9-6-1

1,03 1,40 1,32 1,21 1,97 1,50 1,10 0,87 1,52

Da mesma forma foi construída a estrutura para o parâmetro K2T, que é responsável

pela regulação do escoamento superficial no modelo SMAP. A Figura 49 mostra a estrutura

eleita. A função de transferência na camada escondida é do tipo exponencial e passa direto

(sem função de transferência) para o neurônio da saída.

Figura 49 – Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro K2T do modelo SMAP

Comprimento da rede de drenagem

Índice de bifurcação

Declividade média da bacia

Solo classe 2

L600 média

PAE

K2T

Page 96: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

91

O treinamento para o parâmetro K2T mostrou um desempenho (r2) menor do que para

o parâmetro STR, a melhor rede teve um coeficiente de determinação (r2) inferior a 0,7. Mas

com erros aceitáveis (erro <0,1) nas amostras da validação e da verificação.

Tabela 15 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro K2T

Nome Desempenho

no Treinamento

Desempenho na

Verificação

Desempenho na Validação

Erro no Treinamento

Erro na Verificação

Erro na Validação

MLP 6-3-1

0,68 0,57 0,60 0,03 0,06 0,05

A dispersão dos dados observados e obtidos pela RNA é maior (ver Figura 50). A

distribuição é muito grande e não muito boa, mas os dados mostram uma tendência seguindo

a linha ótima. Não foi possível obter melhores resultados sem comprometer a generalização

da rede.

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0

k2t (meta/obs.)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

k2

t (S

aíd

a R

NA

)

Figura 50 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro K2T com as três amostras

A sensibilidade da rede em relação aos atributos (Tabela 16) mostrou a maior

sensibilidade (pesos mais altos) com a açudagem na bacia hidrográfica e o comprimento total

da rede de drenagem.

Page 97: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

92

Tabela 16 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro K2T - [pesos]

Nome Comprimento

da rede de drenagem

Índice de bifurcação

Declividade média da

bacia

Solo Classe 2

L600.Media PAE

MLP 6-3-1 1,58 1,09 1,35 1,10 1,49 1,60

O parâmetro Ai, abstração inicial, não mostrou uma boa distribuição, a maioria dos

valores observados se concentrou no limite inferior (2,5 - Campo) e superior (5,1 - Floresta

densa). A regressão destas observações é difícil e mesmo com uma função de transferência

logística, os resultados não se mostraram aceitáveis. Assim, escolheu-se trabalhar com uma

classificação, ao invés de regressão, que usa três neurônios de saída e representam,

respectivamente, o tipo de uso do solo da bacia hidrográfica, classificado como: campo, mata

e floresta densa (Figura 51).

Figura 51 - Estrutura da Rede Neural Artificial do parâmetro Ai do modelo SMAP

O parâmetro Ai representa indiretamente a vegetação na bacia por meio da abstração

inicial, mas não existe outro atributo que represente diretamente a vegetação nos dados de

entrada, tornando-o de difícil representação. Porém, foi observado neste estudo, que existe

uma correlação baixa (r = 0,41) entre os parâmetros STR e Ai. Com a introdução do

parâmetro STR nos neurônios de entrada, os resultados melhoram bastante e tornaram-se, de

certa forma, aceitáveis.

Como trata-se de uma classificação, o resultado é categorial (campo, mata ou floresta),

assim o desempenho não pode ser avaliado com o coeficiente de determinação. Na Tabela 17,

o desempenho das amostras é determinado com a porcentagem acertada do parâmetro AI nas

bacias hidrográficas pela RNA, na rede obtida o desempenho foi satisfatório, cerca 80% das

bacias foram acertados o parâmetro AI corretamente pela rede.

STR

Índice da área

Precipitação média

PAE (açudagem)

Campo

Mata

Floresta

densa

Ai

Page 98: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

93

Tabela 17 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro AI

Nome Desempenho

no Treinamento

Desempenho na

Verificação

Desempenho na Validação

Algoritmo de

treinamento

Função de erro

Função transfe-rência

Função transfe-

rência saída

MLP 4-5-3

82,9 % 83,3 % 72,7 % BFGS 14 Entropy Tanh Softmax

O principal indicador para o parâmetro AI é o parâmetro STR do próprio modelo, que

tem uma significância ou peso muito elevada (1,76) em relação os outros atributos. Ele

determina quase sozinho o parâmetro AI (ver Tabela 18).

Tabela 18 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro AI [pesos]

STR

Índice da área

PAE Prec.Média

1.MLP 4-5-3 1,76 1,01 1,30 1,09

O último parâmetro, o CAPC, que representa a capacidade de campo no modelo

SMAP, foi também obtido com uma regressão usando seis neurônios de entrada e 12 na

camada escondida (ver Figura 52). A RNA usa uma função de transferência tipo tangente

hiperbólica (sigmóide) para a camada escondida e os neurônios da saída.

14

Figura 52 – Estrutura Rede Neural Artificial do parâmetro CAPC do modelo SMAP

14 Solo Classe 3 – Solos com maior escoamento

CAPC

Área

Índice da Área

Decl.média do rio

Solo classe 2

Solo classe 3

PAE (açudagem)

Page 99: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

94

O desempenho do treinamento foi razoável, a verificação e validação não mostraram

um desempenho muito elevado, mas aceitável (ver Tabela 19 e Figura 52). O desempenho (r2)

da amostra de treinamento ainda foi bom, as amostras de verificação e validação conseguiram

um desempenho elevado. Entretanto, os erros foram relativamente baixos (< 0,04).

Tabela 19 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro CAPC

Nome Desempenho

no Treinamento

Desempenho na

Verificação

Desempenho na Validação

Erro no Treinamento

Erro na Verificação

Erro na Validação

MLP 6-12-1 0,91 0,54 0,51 0,00 0,01 0,04

O gráfico da dispersão (Figura 53) mostra a previsão para as bacias na área de estudo

pela RNA. As três amostras representam uma tendência clara, mas com algumas previsões

fora da expectativa.

32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

capc (meta/obs.)

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

cap

c (

Saíd

a R

NA

)

Figura 53 - Resultado do treinamento da RNA para parâmetro CAPC com as três amostras

A análise de sensibilidade (Tabela 20) indica a maior influência pelos solos Classe 2 e

3 (solos com maior e médio escoamento) na bacia hidrográfica para o parâmetro CAPC.

Tabela 20 - Análise de sensibilidade RNA para o parâmetro CAPC [pesos]

Área

Índice da Área

Decl.média do rio

Solo Classe 2

Solo Classe 3

PAE

17.MLP 6-12-1 1,22 1,20 2,49 3,29 3,30 2,52

Page 100: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

95

5.3.2.2 Treinamento - Bacia Meta

A quantidade dos dados disponíveis não foi estatisticamente significativa para as

RNA’s. Depois do processo de mineração de dados restaram somente 58 bacias para a análise.

Com uma extração de 20% dos dados para a seleção e 20% para a verificação, restaram

somente dados de 36 bacias para o treinamento de RNA. A precisão de amostras em termos

estatísticos não foi muito confiável, por isso foi empregado o método da bacia meta.

Para o método da bacia meta foram treinados RNA’s de 58 bacias com 4 RNA’s para

cada parâmetro do modelo hidrológico SMAP, respectivamente. Resultando em 232 redes

neurais que determinam o melhor valor para cada parâmetro. As mesmas estruturas utilizadas

no treinamento das RNA’s convencionais foram usadas para treinar as RNA’s da bacia meta,

enfim foram apenas alterados os pesos dos neurônios. A Tabela 21 apresenta algumas

distâncias euclidianas para o método da bacia meta e o parâmetro STR. A distância euclidiana

foi calculada com os atributos normatizados para cada parâmetro do modelo SMAP. A Tabela

21 mostra as bacias que são mais parecidas em relação aos atributos que determinam o

parâmetro STR (índice de bifurcação, sinuosidade do rio principal, declividade média do rio

principal, solo classe 1, solo classe 2, L600 média, PAE, precipitação média e fator de forma).

As bacias mais parecidas são aquelas bacias com menor valor obtido na matriz das distâncias

euclidianas com o conjunto de todas as bacias. Estes pares foram usados para o processo do

treinamento das RNA’s para a verificação e validação.

Tabela 21 – Bacia Meta para parâmetro STR

Bacia Hidrográfica (Verificação) Distancia Euclidiana Bacia Meta (Validação)

Açude Acauã 1,35 Açude da Farinha

Açude Albino 1,61 Açude Carneiro

Açude Arrojado 2,45 Açude Pilões

Açude Bartolomeu 1,16 Açude Jenipapeiro

Açude Bom Jesus (Poço Comprido)

1,67 Açude Albino

Açude Boquirão dos Cochos 1,25 Açude Emas

Açude Brejinho 3,79 Açude São Salvador

Açude Cachoeira dos Alves 1,28 Açude Capoeira

Açude Cachoeira dos Cegos 1,22 Açude Emas

Açude Cafundó 2,82 Açude Vaca Brava

Açude Caldeirão 1,60 Açude São Mamede

Açude Canafístula II 1,90 Açude Gramame -

Mamuaba

Açude Capoeira 1,20 Açude Glória

Page 101: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

96

O treinamento da RNA usa também o algoritmo BFGS (Broyden–Fletcher–Goldfarb–

Shanno). A Tabela 22 mostra, por exemplo, os resultados do treinamento para uma bacia meta

e o parâmetro STR. O número depois do algoritmo de treinamento (BFGS) representa o

número de iterações do treinamento. Observa-se que, existem três soluções ótimas com menor

erro no treinamento, na verificação e na validação (índice 2; índice 7 e índice 9). A escolha do

melhor treinamento da bacia meta foi difícil devido ao fato das diferenças entre os erros e os

desempenhos terem sido pouco elevadas. Deve ser considerado também o desempenho do

treinamento (r2), na prática foi escolhido o treinamento com melhor desempenho e o menor

erro total (neste caso índice 7).

Tabela 22 – Resultado do treinamento parâmetro STR usando método bacia meta

Índice RNA nome

Desempenho no

Treinamento

Treinamento erro

Verificação erro

Validação erro

Algoritmo de

Treinamento

1 MLP 9-6-1 0,997529 0,000082 0,000002 0,894464 BFGS 283

2 MLP 9-6-1 0,774906 0,006597 0,000000 0,002881 BFGS 15

3 MLP 9-6-1 0,915906 0,002662 0,000011 0,400841 BFGS 81

4 MLP 9-6-1 0,876447 0,003840 0,000002 0,018603 BFGS 43

5 MLP 9-6-1 0,451915 0,013152 0,000000 0,000010 BFGS 2

6 MLP 9-6-1 0,799654 0,005955 0,000000 0,001154 BFGS 30

7 MLP 9-6-1 0,804418 0,005837 0,000034 0,000061 BFGS 29

8 MLP 9-6-1 0,999637 0,000012 0,000002 0,011096 BFGS 283

9 MLP 9-6-1 0,960643 0,001276 0,000002 0,001604 BFGS 97

10 MLP 9-6-1 0,918338 0,002588 0,000000 0,314693 BFGS 104

A Figura 54 mostra o resultado do treinamento com os valores observados e

determinados pela RNA. A distribuição dos valores previstos é menor que os resultados

obtidos pelas RNA’s comuns. Para todas as bacias e todos os parâmetros, o gráfico da

distribuição foi semelhante. A RNA conseguiu prever sempre os parâmetros da bacia meta na

fase de verificação e validação com um erro muito baixo e um desempenho (r2) de

treinamento elevado (r2

> 0,9 erro < 0,01).

Page 102: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

97

0100

200300

400500

600700

800900

10001100

12001300

14001500

16001700

str (meta/obs.)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

str

(S

aíd

a R

NA

)

Figura 54 - Resultado do treinamento da Bacia Meta para parâmetro STR

5.3.3 Ferramenta desenvolvida de regressão com RNA’s no SIG

Os algoritmos das RNA’s com os pesos obtidos foram integrados no sistema de

ArcGIS (Figura 55). Apenas é necessário executar um programa.

Figura 55 – Ferramenta no ArcGIS para obtenção dos parâmetros

Page 103: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

98

Com os atributos obtidos da bacia, o programa determina os parâmetros através dos

algoritmos das redes neurais convencionais e através dos algoritmos da bacia meta. No último

caso, o algoritmo determina em primeiro a distância euclidiana e compara-a com aquelas das

bacias hidrográficas existentes na base de dados (o código informático está escrito no quadro

1). Com esta informação, a RNA mais adequada (distância euclidiana mínima) no banco de

dados é selecionada e os parâmetros do modelo hidrológico são obtidos através dos pesos

relativos a esta bacia e à RNA do parâmetro (quadro 2).

void Regressao_RNA () { CalcFeedForward((double*)input_hidden_weights,input,hidden,hidden_bias,9,5,0); CalcFeedForward((double*)hidden_output_wts,hidden,output,output_bias,5,1,1); } void CalcFeedForward(double* MAT_INOUT,double* V_IN,double* V_OUT, double* V_BIAS,int size1,int size2,int layer) { int row,col; for(row=0;row < size2; row++) { V_OUT[row]=0.0; for(col=0;col<size1;col++)V_OUT[row]+=(*(MAT_INOUT+(row*size1)+col)*V_IN[col]); V_OUT[row]+=V_BIAS[row]; if(layer==0) V_OUT[row] = tanh(V_OUT[row]); } }

For i = 1 To num 'determinação distancia euclidiana para parâmetro AI EucDistance = EucDistance + (SimData(i, 34) - SimData(num + 1, 34)) ^ 2 'STR EucDistance = EucDistance + (SimData(i, 16) - SimData(num + 1, 16)) ^ 2 'Iarea EucDistance = EucDistance + (SimData(i, 32) - SimData(num + 1, 32)) ^ 2 'PAE EucDistance = EucDistance + (SimData(i, 33) - SimData(num + 1, 33)) ^ 2 'Prec EucDistance = EucDistance ^ 0.5 DistArray(i) = EucDistance EucDistance = 0 Next i

Quadro 1 - Código VBA para determinar a distância euclidiana da bacia atual com as bacias

no banco de dados

Quadro 2 – Código C# da RNA para calcular o parâmetro STR

Page 104: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

99

5.3.4 Resultados da Verificação

A última análise realizada nesta dissertação diz respeito à fase de verificação da

metodologia com 21 bacias hidrográficas do Estado do Ceará. Nesta fase, detectou-se que as

vazões previstas eram em sua maioria aceitáveis e o desempenho geral da regressão (rmédia =

0,74) foi bom. Sete de 21 bacias hidrográficas selecionadas no Estado do Ceará que foram

usadas para validar a técnica de regionalização não mostraram vazões em limites aceitáveis

(vazão significativa diferente para vazões baixas). Apenas três bacias hidrográficas não

mostraram uma correlação aceitável (r < 0,5). Isto é, provavelmente, devido às incertezas nos

dados de entrada, causada pela distribuição incorreta de chuvas na bacia hidrográfica, erros de

observação, infiltração, transbordamento da barragem ou erros durante o processo de

calibração. As maiores incertezas estão associadas aos dados dos períodos de precipitações

mais intensas. É quase impossível simular corretamente os picos do escoamento da cheia, por

causa de falta de dados exatos. Na maioria dos casos, os maiores picos não foram

reproduzidos corretamente, conforme ilustrado na Figura 56, para o reservatório do açude

Potiretama. A figura mostra que, em média, o modelo teve um bom desempenho, mas as

diferenças são consideráveis entre a vazão calculada e observada durante períodos de vazão

de pico.

Jul-2000Mar-2001

Nov-2001Jul-2002

Mar-2003Nov-2003

Jul-2004Mar-2005

Nov-2005Jul-2006

Mar-2007Nov-2007

Jul-2008Mar-2009

Nov-20090,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

Va

zão

[m

³/s]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

Pre

cip

itaçã

o [

mm

]

Observado(L) RNA Conv.(L) RNA Target Watershed(L) Precipitação(R)

Figura 56 – Hidrograma com dados mensais observados e calculados

para o açude Potiretama no Ceará.

Page 105: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

100

Os resultados estatísticos básicos (média, soma e máximo) de todas as simulações com

modelo SMAP com os parâmetros obtidos pela ferramenta (ver 5.3.3 Ferramenta

desenvolvida de regressão com RNA’s no SIG) de bacias hidrográficas no Ceará são

apresentados na Tabela 23. Esta tabela compara os dois métodos (RNA convencional e RNA

com bacia meta) com os valores observados; os melhores resultados são marcados em negrito.

Foi observado que, se os métodos resultam em parâmetros do modelo hidrológico não muito

diferentes uns das outros, então o desempenho geral é bom (r entre 0,8 e 0,9). Se há uma

diferença considerável entre os parâmetros obtidos das RNA’s convencionais e os parâmetros

das RNA’s da bacia meta, o desempenho varia muito. Deve-se salientar que, nestes casos, o

método da bacia meta não é melhor do que o método com RNA’s convencionais. Há também

uma correlação (r = 0,39), como esperada, entre a distância euclidiana média dos atributos das

bacias hidrográficas analisadas e o desempenho do modelo.

Tabela 23 – Estatística básica dos resultados obtidos na verificação

Açude Capacidade. (m3)

Observado [m³/s] Calculado RNA Calculado Bacia Meta

média soma max r soma média max r soma média max

Penedo 2 414 000 0.09 8.94 1.54 0.72 3.23 0.03 0.45 0.76 1.93 0.02 0.20

São Domingos 3 035 000 0.06 8.55 1.17 0.71 3.65 0.03 0.92 0.76 5.66 0.04 1.19

Colina 3 250 000 0.22 34.46 8.19 0.78 30.06 0.22 2.57 0.83 54.20 0.39 7.01

Forquilha II 3 400 000 0.04 8.37 3.15 0.14 8.10 0.04 1.00 0.15 10.40 0.05 1.10

Tigre 3 510 000 0.03 1.64 0.35 0.94 4.44 0.08 0.85 0.87 2.18 0.04 0.28

Cupim 4 550 000 0.16 22.41 5.04 0.81 30.13 0.22 3.07 0.66 20.09 0.14 2.65

Sobral 4 675 000 0.18 25.67 3.08 0.79 34.84 0.24 2.63 0.83 1.24 0.01 0.09

Desterro 5 010 000 0.30 21.37 4.75 0.79 2.85 0.04 0.54 0.85 20.18 0.28 3.00

Premuoca 5 200 000 0.13 19.19 5.48 0.50 81.49 0.57 5.48 0.47 85.11 0.60 5.88

Adauto Bezerra 5 250 000 0.07 10.53 1.17 0.86 10.60 0.07 1.10 0.86 19.77 0.14 2.67

Trapiá III 5 510 000 0.10 14.39 1.27 0.68 5.11 0.04 1.64 0.73 2.94 0.02 0.67

Santa Maria 5 866 800 0.24 12.64 2.98 0.92 36.04 0.61 7.13 0.92 36.04 0.68 7.96

Bonito 6 000 000 0.10 19.53 2.93 0.79 10.72 0.06 1.68 0.79 4.67 0.03 0.37

Capitão Mor 6 000 000 0.30 42.32 14.63 0.38 13.47 0.10 1.80 0.34 6.00 0.04 0.77

Potiretama 6 330 000 0.09 10.42 1.51 0.80 11.25 0.10 2.63 0.80 10.78 0.09 2.39

Quincoé 7 130 000 0.15 29.97 3.47 0.81 16.30 0.08 1.21 0.74 13.25 0.06 1.27

Patos 7 550 000 2.25 326.9 60.20 0.70 24.47 0.17 3.36 0.77 233.9 1.61 26.95

Nova Floresta 7 610 000 0.31 88.87 7.62 0.84 38.83 0.14 1.96 0.85 200.9 0.70 11.11

São José I 7 670 000 0.55 73.07 14.70 0.86 32.95 0.25 4.35 0.86 28.51 0.22 3.80

S. Maria de Arc. 8 200 000 0.24 35.28 8.97 0.75 17.72 0.12 2.09 0.75 118.1 0.81 13.76

Parambu 8 530 000 0.13 18.32 3.92 0.68 34.77 0.25 6.17 0.75 17.16 0.12 1.77

Caracas 9 630 000 0.10 11.05 5.02 0.92 11.70 0.10 2.52 0.77 19.94 0.17 2.55

Page 106: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

101

6 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Neste trabalho, foi desenvolvida e aplicada com sucesso a regionalização

automatizada de parâmetros de modelos chuva-vazão integrada a um sistema de informações

geográficas na região semiárida no nordeste do Brasil.

O processo de automatização da extração das características físicas das bacias

hidrográficas facilita e acelera o trabalho com dados espaciais. A ferramenta desenvolvida

delimita uma bacia hidrográfica e permite a obtenção das características físicas em alguns

segundos ou alguns minutos (dependendo do tamanho da bacia), o que pode demandar na

forma manual horas ou até dias. Esta ferramenta é de fácil utilização e pode ser útil para

outros tipos de estudos na área de recursos hídricos, como estudos de enchentes.

Em relação ao modelo hidrológico, apenas o modelo SMAP foi aplicado na área de

estudo, embora tenha sido estabelecida uma estrutura para utilizar outros modelos tipo chuva-

vazão concentrados. Ao longo do trabalho foram implementados e analisados outros modelos

como HBV e MODHAC, mas o modelo HBV ainda precisa ser testado na região e os limites

dos valores dos parâmetros, estabelecidos. Já o MODHAC não apresentou bons resultados por

que o modelo não mostrou um bom desempenho com dados diários.

A regionalização e a mineração de dados com características físicas de bacias

hidrográficas e parâmetros do modelo chuva-vazão mostraram alguns fatores não favoráveis

para a metodologia. Muitas características são derivadas da área de drenagem (componente

linear) da bacia hidrográfica. Assim, a redundância do conjunto das características físicas é

alta. A maioria das características não está trazendo informações adicionais para o modelo

chuva-vazão concentrado. É recomendável a inclusão de mais características que não são

derivadas da área, como por exemplo, a classificação da vegetação ou uso de solo, a

classificação das declividades na bacia, etc.

O desempenho da regressão com RNA’s foi aceitável (r2 entre 0,5 e 0,9), o fator

limitante foi principalmente a quantidade de bacias hidrográficas com dados hidrológicos

observados. Também a incerteza sobre estes dados observados (cotas dos açudes, distribuição

da precipitação) influência o desempenho da modelagem. Devido à qualidade dos dados

monitorados (níveis dos açudes) no Estado da Paraíba, recomenda-se melhorar o programa de

monitoramento. O maior problema é o monitoramento das enchentes. Não foi possível

simular as vazões elevadas de forma satisfatória devido à inexistência de dados exatos.

Page 107: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

102

O desempenho do programa foi satisfatório na maioria dos casos na fase de

verificação (r2

média = 0,74 de 21 bacias no Estado Ceará). O método da bacia-meta não se

apresentou como sendo melhor que o método com RNA’s convencionais. Deve ser

mencionado que os dados subjacentes de ambos os métodos são os mesmos, apenas o

treinamento da RNA e os pesos foram alterados. Durante a fase de treinamento da bacia-meta,

o desempenho do treinamento da RNA na fase da validação foi sempre satisfatório. É

possível, portanto, que somente a comparação com a distância euclidiana não seja suficiente

para identificar uma bacia meta semelhante ou, que a distância euclidiana seja muito grande

de um atributo significativo. Por exemplo, duas bacias hidrográficas podem ter características

quase idênticas, mas se uma destas características é significativamente diferente da outra, isso

não vai ser observado pela medida da distância euclidiana, embora este parâmetro possa

alterar drasticamente o comportamento da bacia hidrográfica. Além disso, a sensibilidade dos

pesos da RNA pode agravar isto. Os pesos dependem também da solução ótima selecionada,

mas este ótimo não é necessariamente a solução ótima da nova bacia selecionada pela

distância euclidiana.

O desempenho do modelo pode ser melhorado através da inclusão de mais dados

hidrológicos observados, especialmente dados de uma variedade de bacias com diferentes

características. As análises estatísticas foram desenvolvidas para tratar uma grande quantidade

de dados, na área de estudo existem relativamente poucos dados disponíveis, assim pode

ocorrer um efeito de desvio ou concentração dos pesos em bacias não representativas.

O programa de regionalização desenvolvido ou a técnica pode fornecer uma

ferramenta muito útil para as agências de gestão de recursos hídricos, pois a mesma dá

suporte para a estimativa da relação chuva-vazão em bacias hidrográficas de pequeno ou

médio porte. Como já foi dito na introdução, a regionalização hidrológica é considerada de

uso complexo, nunca está totalmente concluída ou suficientemente confiável, não

significando, entretanto, que não possa ser usada. Corretamente empregada, a ferramenta

desenvolvida pode dar um suporte para prever de forma fácil e rápida o escoamento em uma

bacia hidrográfica sem dados.

Diante do exposto, recomenda-se:

A inclusão no processo da regionalização os dados hidrológicos observados do

Ceará, que foram usados para a validação, para melhorar o desempenho do

modelo.

Page 108: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

103

Uma pesquisa mais detalhada sobre a sensibilidade dos atributos e como eles

influenciam nos parâmetros do modelo chuva-vazão.

A comparação dos atributos de bacia hidrográfica obtidos manualmente e

obtidos com o programa desenvolvido.

A utilização para a regressão de características físicas, com parâmetros de um

modelo chuva-vazão tipo concentrado, atributos classificados em grupos, ao

invés de apenas a média de um atributo.

Uma pesquisa sobre o efeito de escala para a ferramenta desenvolvida, por

exemplo, utilizar diferentes resoluções do MDE e ver a influência para bacias

de vários tamanhos.

Page 109: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

104

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Engineers, 1977.

Page 114: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

a

APÊNDICES

Todos os dados obtidos na área de estudo e a ferramenta estão disponíveis no CD anexado. A

estrutura do CD está na seguinte forma:

Apêndice A – Dados morfológicos das bacias na área de estudo

Atributos de forma:

Nome Área [km²]

Perimetro

[km]

Linha de

Fundo [km]

Compr.Curso

pr. [km]

Largura

Média [km]

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de

Forma

Coeficiente de torrencialidad

e

Acaua

3.801,02

380,71

86,90

110,78

43,74

1,73

0,33

0,50

0,72

Albino

17,02

17,92

5,35

6,04

3,18

1,22

0,67

0,59

0,76

Araçagi

2.047,60

238,12

81,38

105,59

25,16

1,47

0,45

0,31

0,74

Arrojado

34,44

33,12

10,42

13,28

3,30

1,58

0,39

0,32

0,55

Baião

298,57

97,83

19,25

23,40

15,51

1,59

0,39

0,81

0,82

Bartolomeu

58,88

35,68

6,57

7,53

8,96

1,30

0,58

1,36

0,75

Bastiana

16,79

20,60

4,79

5,21

3,50

1,41

0,50

0,73

0,77

Bichinho

54,77

36,37

9,36

10,79

5,85

1,38

0,52

0,62

0,79

Bom Jesus

26,32

23,37

7,79

9,06

3,38

1,28

0,61

0,43

0,87

Bom Jesus (Poço Com.)

93,84

47,60

12,79

14,22

7,34

1,38

0,52

0,57

0,77

Boqueirão do Cais

174,37

63,10

16,98

20,69

10,27

1,34

0,55

0,60

0,80

Boqueirão dos Cochos

42,41

34,18

13,16

14,31

3,22

1,47

0,46

0,24

0,71

Bruscas

225,14

94,30

37,73

45,10

5,97

1,76

0,32

0,16

0,70

Cachoeira dos Alves

110,13

54,34

16,60

20,64

6,64

1,45

0,47

0,40

0,68

Page 115: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

b

Nome Área [km²]

Perimetro

[km]

Linha de

Fundo [km]

Compr.Curso

pr. [km]

Largura

Média [km]

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de

Forma

Coeficiente de torrencialidad

e

Cachoeira dos Cegos

287,66

93,59

25,27

28,60

11,38

1,55

0,41

0,45

0,67

Caldeirão

19,38

19,99

6,30

7,03

3,08

1,27

0,61

0,49

0,93

Camalaú

1.045,46

186,94

58,18

71,05

17,97

1,62

0,38

0,31

0,72

Campos

181,91

69,17

24,55

31,60

7,41

1,44

0,48

0,30

0,69

Canafístula

17,10

18,43

7,45

7,93

2,29

1,25

0,63

0,31

0,82

Capivara

260,84

111,77

27,86

36,97

9,36

1,94

0,26

0,34

0,75

Capoeira

275,89

93,09

26,20

31,13

10,53

1,57

0,40

0,40

0,69

Caraibeiras

42,65

29,65

10,01

12,23

4,26

1,27

0,61

0,43

0,68

Carneiro

294,58

83,47

22,39

25,89

13,16

1,36

0,53

0,59

0,71

Catolé

124,86

50,72

8,27

9,61

15,09

1,27

0,61

1,82

0,69

Chã dos Pereiras

16,74

20,54

7,20

8,95

2,33

1,41

0,50

0,32

0,84

Chupadouro I

17,87

18,69

6,50

7,40

2,75

1,24

0,64

0,42

1,01

Condado

110,93

62,09

13,96

15,30

7,94

1,65

0,36

0,57

0,76

Coremas

6.426,63

640,54

119,94

162,42

53,58

2,24

0,20

0,45

0,74

Covão

18,15

21,21

7,53

8,94

2,41

1,39

0,51

0,32

0,61

Curimatã

89,37

45,37

10,71

11,80

8,35

1,34

0,55

0,78

0,83

Farinha

738,07

194,34

55,45

66,43

13,31

2,00

0,25

0,24

0,73

Duas Estradas

2,92

7,12

2,14

2,22

1,36

1,17

0,72

0,63

1,03

Emas

39,66

29,93

7,25

8,45

5,47

1,33

0,56

0,76

0,73

Emídio

9,49

14,13

4,58

4,89

2,07

1,28

0,60

0,45

0,84

Engenheiro Ávidos

935,74

170,38

38,83

52,45

24,10

1,56

0,41

0,62

0,73

Felismina Queiroz

348,49

93,31

21,90

26,91

15,91

1,40

0,50

0,73

0,71

Frutuoso II

20,06

19,23

7,33

8,12

2,74

1,20

0,68

0,37

0,85

Gavião

9,63

17,88

6,46

7,15

1,49

1,61

0,38

0,23

0,73

Glória

39,69

27,66

8,54

9,75

4,65

1,23

0,65

0,54

0,73

Gramame

254,19

77,67

22,22

24,42

11,44

1,36

0,53

0,52

0,78

Gurjão

64,10

38,03

13,50

15,17

4,75

1,33

0,56

0,35

0,76

Jangada

8,21

11,91

2,46

2,59

3,34

1,16

0,73

1,36

0,97

Jatobá

91,37

54,81

20,84

24,93

4,38

1,61

0,38

0,21

0,72

Page 116: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

c

Nome Área [km²]

Perimetro

[km]

Linha de

Fundo [km]

Compr.Curso

pr. [km]

Largura

Média [km]

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de

Forma

Coeficiente de torrencialidad

e

Jatobá II

63,38

46,48

13,31

15,11

4,76

1,63

0,37

0,36

0,68

Jenipapeiro

25,51

21,75

5,88

6,47

4,34

1,21

0,68

0,74

1,14

Jenipapeiro (Buiú)

643,97

144,59

41,32

52,44

15,58

1,60

0,39

0,38

0,75

Jeremias

95,16

49,90

13,42

14,88

7,09

1,43

0,48

0,53

0,74

Lagoa do Arroz

323,09

111,94

33,29

40,53

9,71

1,74

0,32

0,29

0,78

Lagoa do Matias

11,88

17,92

6,56

7,14

1,81

1,46

0,47

0,28

0,59

Lagoa do Meio

92,38

58,84

21,32

24,20

4,33

1,71

0,34

0,20

0,64

Marés

27,69

30,60

10,72

12,05

2,58

1,63

0,37

0,24

0,87

Massaranduba

26,36

20,88

6,40

7,21

4,12

1,14

0,76

0,64

0,80

Milhã

26,34

23,24

8,37

9,29

3,15

1,27

0,61

0,38

0,95

Mucutu

509,80

118,40

30,15

37,10

16,91

1,47

0,46

0,56

0,71

Namorado

13,78

16,87

5,63

6,09

2,45

1,27

0,61

0,43

0,65

Novo

6,86

11,32

3,24

3,32

2,12

1,21

0,67

0,65

1,17

Olho D'agua

9,40

14,46

2,63

2,66

3,57

1,32

0,56

1,36

0,64

Olivedos

116,19

48,94

12,02

13,00

9,66

1,27

0,61

0,80

0,65

Ouro Velho

4,44

9,24

2,96

3,30

1,50

1,23

0,65

0,51

1,12

Paraíso

70,82

39,37

12,14

14,40

5,84

1,31

0,57

0,48

0,71

Pilões

775,29

169,33

45,25

60,27

17,13

1,70

0,34

0,38

0,76

Pimenta

17,50

17,45

5,06

5,46

3,46

1,17

0,72

0,68

0,86

Pipirituba

42,23

35,58

13,40

15,50

3,15

1,53

0,42

0,24

0,81

Piranhas

157,93

74,61

23,49

30,73

6,72

1,66

0,36

0,29

0,70

Pocinhos

98,08

50,33

15,25

18,02

6,43

1,42

0,49

0,42

0,71

Poções

509,59

151,24

25,88

31,32

19,69

1,88

0,28

0,76

0,72

Prata II

8,78

12,73

5,30

5,73

1,66

1,20

0,68

0,31

0,91

Queimadas

122,89

56,05

13,56

16,56

9,06

1,42

0,49

0,67

0,72

Riacho das Moças

20,06

21,84

6,32

7,05

3,17

1,37

0,53

0,50

0,85

Riacho de Santo Antônio

102,72

49,70

10,93

13,42

9,40

1,37

0,52

0,86

0,72

Riacho dos Cavalos

163,77

86,65

23,39

27,43

7,00

1,90

0,27

0,30

0,69

Riacho Verde

10,74

14,11

4,50

5,24

2,39

1,21

0,68

0,53

0,93

Page 117: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

d

Nome Área [km²]

Perimetro

[km]

Linha de

Fundo [km]

Compr.Curso

pr. [km]

Largura

Média [km]

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de

Forma

Coeficiente de torrencialidad

e

Sabonete

9,90

13,65

3,53

3,66

2,81

1,21

0,67

0,80

0,81

Saco

353,98

114,10

38,01

53,46

9,31

1,70

0,34

0,25

0,70

Santa Inês

97,69

51,05

14,00

16,63

6,98

1,45

0,47

0,50

0,78

Santa Rosa

265,93

102,99

27,81

32,68

9,56

1,77

0,32

0,34

0,75

São Domingos

70,90

52,40

19,64

23,75

3,61

1,74

0,32

0,18

0,76

São Francisco

35,66

27,53

7,89

8,89

4,52

1,29

0,59

0,57

0,73

São Gonçalo

306,15

97,90

23,31

30,16

13,14

1,57

0,40

0,56

0,74

São José I

86,20

48,63

14,59

15,87

5,91

1,47

0,46

0,40

0,70

São José II

268,96

115,99

18,38

21,64

14,64

1,98

0,25

0,80

0,70

São José III

104,99

68,32

26,35

31,25

3,98

1,87

0,28

0,15

0,75

São José IV

8,25

12,06

4,07

4,45

2,03

1,18

0,71

0,50

0,97

São Salvaldor

99,01

51,66

19,79

22,44

5,00

1,45

0,47

0,25

0,77

São Sebastião

7,16

11,08

3,73

4,16

1,92

1,16

0,73

0,51

0,84

Serra Branca I

54,83

52,20

20,35

22,22

2,69

1,97

0,25

0,13

0,66

Serra Branca II

31,73

40,90

16,89

18,32

1,88

2,03

0,24

0,11

0,69

Serra Velha

3,91

9,40

2,69

2,85

1,45

1,33

0,55

0,54

1,02

Serra Vermelha

57,75

38,00

12,05

14,06

4,79

1,40

0,50

0,40

0,62

Serrote

42,30

28,44

10,62

11,88

3,98

1,22

0,66

0,38

0,76

Soledade

199,68

65,81

17,63

22,47

11,33

1,30

0,58

0,64

0,69

Suspiro

5,95

11,95

3,13

3,18

1,90

1,37

0,52

0,61

0,84

Tapera

212,14

81,13

32,63

37,95

6,50

1,56

0,40

0,20

0,71

Taperoá II

590,20

127,63

43,32

52,44

13,62

1,47

0,46

0,31

0,67

Tavares

63,26

40,93

10,12

11,90

6,25

1,44

0,47

0,62

0,74

Timbaúba

99,37

51,92

14,52

18,37

6,84

1,46

0,46

0,47

0,68

Vaca Brava

13,92

17,29

4,99

5,48

2,79

1,30

0,59

0,56

1,22

Várzea

3,71

8,55

2,23

2,47

1,66

1,24

0,64

0,74

0,81

Várzea Grande

505,14

110,41

32,73

40,16

15,43

1,38

0,52

0,47

0,74

Vazantes

117,54

68,62

9,87

12,24

11,91

1,77

0,31

1,21

0,63

Video

23,52

25,51

8,43

10,00

2,79

1,47

0,45

0,33

0,72

Page 118: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

e

Nome Área [km²]

Perimetro

[km]

Linha de

Fundo [km]

Compr.Curso

pr. [km]

Largura

Média [km]

Índice compacidade

Índice circularidade

Fator de

Forma

Coeficiente de torrencialidad

e

Brejinho

16,10

24,73

9,23

10,35

1,74

1,73

0,33

0,19

0,68

Escondido

155,62

77,63

26,22

31,28

5,94

1,74

0,32

0,23

0,75

José Rodrigues

51,90

37,50

12,29

14,44

4,22

1,46

0,46

0,34

0,81

Cordeiro

1.311,92

218,61

46,56

51,03

28,18

1,69

0,34

0,61

0,73

Santo Antônio

319,12

92,39

19,23

21,98

16,59

1,45

0,47

0,86

0,76

Chupadouro II

2,10

6,60

1,38

1,40

1,52

1,28

0,60

1,10

1,43

Santa Luzia

341,48

90,75

24,36

29,94

14,02

1,38

0,52

0,58

0,73

Cafundó

5,21

9,57

3,61

3,95

1,44

1,17

0,72

0,40

0,58

Engenheiro Arcoverde

125,59

70,54

17,60

21,02

7,13

1,76

0,32

0,41

0,76

Poleiros

184,46

79,33

21,90

25,88

8,42

1,64

0,37

0,38

0,69

Curimataú

114,65

62,87

7,06

8,23

16,24

1,64

0,36

2,30

0,72

Algodão

110,26

51,67

11,36

13,90

9,70

1,38

0,52

0,85

0,71

Tauá

55,56

36,91

9,92

11,49

5,60

1,39

0,51

0,57

0,86

São Paulo

180,97

64,30

14,76

17,05

12,26

1,34

0,55

0,83

0,77

São Mamede

214,12

71,09

18,01

21,11

11,89

1,36

0,53

0,66

0,62

Sumé

763,32

134,82

34,17

41,60

22,34

1,37

0,53

0,65

0,75

Cacimba de Várzea

1.460,72

221,85

62,30

86,77

23,45

1,63

0,37

0,38

0,72

Epitácio Pessoa

7.207,37

583,83

73,36

94,46

98,24

1,93

0,27

1,34

0,74

Gamela

9,52

15,49

4,95

5,53

1,92

1,41

0,50

0,39

1,26

ANTENOR NAVARRO

357,25

107,25

11,50

15,56

31,07

1,59

0,39

2,70

0,75

APARECIDA

1.918,71

301,00

40,94

54,51

46,87

1,92

0,27

1,14

0,72

BODOCONGO

1.075,37

237,39

44,58

61,26

24,12

2,03

0,24

0,54

0,72

CARAUBAS

1.375,83

320,96

24,78

31,08

55,51

2,42

0,17

2,24

0,78

Emas

306,55

137,39

7,17

8,12

42,76

2,20

0,20

5,96

0,71

FAZENDA ALAGAMAR

2.170,77

376,44

89,04

127,14

24,38

2,26

0,19

0,27

0,71

POCO DE PEDRAS

262,46

126,91

15,24

18,05

17,22

2,19

0,20

1,13

0,74

Livramento

32,51

45,72

13,80

15,66

2,36

2,24

0,20

0,17

0,58

Page 119: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

f

Atributos da rede de drenagem:

Nome Ordem dos

cursos de água

Compr. Rede

drenagem [km]

Densida

de de drenage

m

Índice Bifurcaçã

o

Índice dos

comprimentos

Índice

das áreas

Extensão média do

escoamento

superficial

Sinuosidade do curso d´água

Acaua 6

3.913,58

1,030

4,68 0,42

0,76

10,93 1,27

albino 3

17,26

1,014

3,00 0,48

0,57

0,80 1,13

araçagi 6

2.116,96

1,034

4,21 0,42

0,68

6,29 1,30

arrojado 3

33,52

0,973

4,00 0,50

0,60

0,83 1,27

Baião 5

310,94

1,041

3,92 0,87

1,05

3,88 1,22

Bartolomeu 4

60,36

1,025

3,38 3,46

25,12

2,24 1,15

Bastiana 3

16,05

0,956

3,00 0,77

1,01

0,88 1,09

Bichinho 4

54,57

0,996

3,30 0,62

0,63

1,46 1,15

Bom Jesus 3

25,19

0,957

4,20 0,47

0,88

0,85 1,16

Bom Jesus (Poço Com.)

5

94,33

1,005

2,81 1,29

1,50

1,83 1,11

Boqueirão do Cais 5

176,18

1,010

3,22 0,56

0,79

2,57 1,22

Boqueirão dos Cochos

3

41,67

0,983

5,07 0,35

0,36

0,81 1,09

Bruscas 4

230,97

1,026

5,12 0,39

0,65

1,49 1,20

Cachoeira dos Alves 5

112,96

1,026

2,98 22,08

6,55

1,66 1,24

Cachoeira dos Cegos

5

302,17

1,050

3,69 0,68

0,97

2,85 1,13

caldeirão 3

19,02

0,981

3,63 0,55

0,69

0,77 1,12

Camalaú 5

1.061,15

1,015

5,06 0,42

0,79

4,49 1,22

campos 4

187,97

1,033

4,71 0,48

0,66

1,85 1,29

Canafístula 3

16,24

0,950

3,75 1,34

4,98

0,57 1,06

Capivara 5

262,43

1,006

3,68 0,65

0,63

2,34 1,33

Capoeira 5

276,18

1,001

3,70 0,54

0,84

2,63 1,19

Caraibeiras 3

42,93

1,007

4,83 0,47

0,69

1,06 1,22

Carneiro 5

313,28

1,063

3,75 3,38

2,98

3,29 1,16

Catolé 4

123,73

0,991

4,73 1,73

0,82

3,77 1,16

Chã dos Pereiras 3

16,80

1,003

3,17 1,66

4,14

0,58 1,24

Chupadouro I 3

17,15

0,960

3,63 0,39

0,48

0,69 1,14

Condado 4

115,66

1,043

4,22 0,53

1,19

1,99 1,10

Coremas 4,01 13,40

Page 120: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

g

Nome Ordem dos

cursos de água

Compr. Rede

drenagem [km]

Densida

de de drenage

m

Índice Bifurcaçã

o

Índice dos

comprimentos

Índice

das áreas

Extensão média do

escoamento

superficial

Sinuosidade do curso d´água

7 6.733,13 1,048 0,55 1,09 1,35

Covão 3

18,05

0,994

3,00 1,33

2,66

0,60 1,19

Curimatã 4

94,34

1,056

3,77 0,50

0,63

2,09 1,10

Farinha 5

752,33

1,019

4,53 0,43

0,76

3,33 1,20

Duas Estradas 2

2,16

0,742

2,00 17,67

50,88

0,34 1,04

Emas 3

43,54

1,098

4,83 0,49

0,50

1,37 1,17

Emídio 3

8,88

0,936

2,25 0,76

0,93

0,52 1,07

Engenheiro Ávidos 5

956,20

1,022

4,85 0,42

0,73

6,02 1,35

Felismina Queiroz 5

337,73

0,969

3,95 1,79

0,89

3,98 1,23

Frutuoso II 3

17,78

0,887

3,67 0,41

0,66

0,68 1,11

Gavião 2

10,27

1,066

6,00 0,57

2,32

0,37 1,11

Glória 3

37,39

0,942

4,83 0,31

0,74

1,16 1,14

Gramame 5

233,97

0,920

3,69 62,30

5,73

2,86 1,10

Gurjão 4

63,83

0,996

3,69 0,61

0,94

1,19 1,12

Jangada 3

7,10

0,865

2,25 3,20

3,30

0,84 1,05

Jatobá 4

98,51

1,078

4,17 1,25

0,92

1,10 1,20

Jatobá II 3

62,53

0,987

6,00 0,33

0,58

1,19 1,14

Jenipapeiro 4

29,90

1,172

2,90 1,46

2,66

1,08 1,10

Jenipapeiro (Buiú) 6

656,52

1,019

3,44 1,52

1,23

3,90 1,27

Jeremias 4

95,05

0,999

3,83 0,52

0,59

1,77 1,11

Lagoa do Arroz 5

332,96

1,031

3,98 0,49

0,79

2,43 1,22

Lagoa do Matias 2

10,35

0,871

6,00 0,10

0,09

0,45 1,09

Lagoa do Meio 4

90,91

0,984

4,00 1,08

1,03

1,08 1,14

Marés 3

27,61

0,997

4,30 0,48

0,44

0,65 1,12

Massaranduba 3

27,83

1,056

4,00 0,59

0,88

1,03 1,13

Milhã 3

25,43

0,965

4,40 0,34

0,73

0,79 1,11

Mucutu 5

497,96

0,977

4,17 0,59

1,08

4,23 1,23

Namorado 2

13,12

0,953

8,00 0,19

0,55

0,61 1,08

Novo 3

6,42

0,935

2,25 1,38

1,44

0,53 1,02

Page 121: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

h

Nome Ordem dos

cursos de água

Compr. Rede

drenagem [km]

Densida

de de drenage

m

Índice Bifurcaçã

o

Índice dos

comprimentos

Índice

das áreas

Extensão média do

escoamento

superficial

Sinuosidade do curso d´água

Olho D'agua 2

8,79

0,936

5,00 0,40

0,27

0,89 1,01

Olivedos 4

118,59

1,021

3,93 2,96

1,90

2,42 1,08

Ouro Velho 2

5,22

1,175

4,00 0,22

0,37

0,38 1,12

Paraíso 3

70,91

1,001

6,56 0,31

0,52

1,46 1,19

Pilões 5

816,20

1,053

4,67 0,41

0,56

4,28 1,33

Pimenta 3

15,22

0,870

3,25 0,52

0,63

0,87 1,08

Pipirituba 3

44,16

1,046

5,30 0,32

0,60

0,79 1,16

Piranhas 5

158,28

1,002

3,08 0,58

0,71

1,68 1,31

Pocinhos 4

102,65

1,047

3,81 0,68

0,85

1,61 1,18

Poções 5

508,03

0,997

4,19 0,50

0,90

4,92 1,21

Prata II 3

9,58

1,091

2,25 1,26

1,28

0,41 1,08

Queimadas 4

125,42

1,021

4,09 0,51

0,58

2,26 1,22

Riacho das Moças 3

20,10

1,002

3,50 0,52

0,82

0,79 1,12

Riacho de Santo Antônio

4

104,74

1,020

3,91 0,94

1,06

2,35 1,23

Riacho dos Cavalos 4

175,51

1,072

4,47 0,38

0,71

1,75 1,17

Riacho Verde 3

10,14

0,944

2,75 2,49

5,69

0,60 1,16

Sabonete 3

9,24

0,933

2,25 1,85

2,39

0,70 1,04

Saco 5

356,78

1,008

3,95 0,46

0,71

2,33 1,41

Santa Inês 4

103,59

1,060

3,90 0,50

1,31

1,74 1,19

Santa Rosa 5

278,21

1,046

3,69 1,14

1,11

2,39 1,18

São Domingos 3

71,20

1,004

7,15 0,37

0,53

0,90 1,21

São Francisco 3

34,06

0,955

4,50 0,51

0,54

1,13 1,13

São Gonçalo 5

324,46

1,060

3,65 0,60

0,75

3,28 1,29

São José I 4

83,20

0,965

4,04 1,83

1,96

1,48 1,09

São José II 5

267,31

0,994

3,70 0,61

1,48

3,66 1,18

São José III 3

101,75

0,969

9,29 0,33

0,51

1,00 1,19

São José IV 2

8,27

1,002

7,00 0,24

1,04

0,51 1,09

São Salvaldor 3

102,04

1,031

9,18 0,36

0,62

1,25 1,13

São Sebastião 2

7,41

1,035

5,00 0,26

0,21

0,48 1,12

Page 122: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

i

Nome Ordem dos

cursos de água

Compr. Rede

drenagem [km]

Densida

de de drenage

m

Índice Bifurcaçã

o

Índice dos

comprimentos

Índice

das áreas

Extensão média do

escoamento

superficial

Sinuosidade do curso d´água

Serra Branca I 3

51,57

0,941

5,50 0,24

0,53

0,67 1,09

Serra Branca II 3

28,70

0,904

4,13 0,33

0,53

0,47 1,08

Serra Velha 2

3,16

0,810

3,00 0,28

0,69

0,36 1,06

Serra Vermelha 3

60,73

1,052

5,50 0,40

0,87

1,20 1,17

Serrote 4

41,33

0,977

3,10 0,84

1,51

1,00 1,12

Soledade 4

195,31

0,978

4,77 0,38

0,63

2,83 1,27

Suspiro 2

4,79

0,805

4,00 0,21

0,40

0,48 1,02

Tapera 5

226,55

1,068

3,55 0,67

0,86

1,63 1,16

Taperoá II 5

582,64

0,987

4,30 0,43

0,72

3,41 1,21

Tavares 4

61,14

0,966

3,47 12,44

10,92

1,56 1,18

Timbaúba 4

98,94

0,996

3,78 0,84

0,75

1,71 1,26

Vaca Brava 3

13,40

0,962

3,50 0,55

1,37

0,70 1,10

Várzea 2

3,84

1,036

2,00 3,08

2,04

0,42 1,11

Várzea Grande 5

505,35

1,000

4,27 0,47

0,81

3,86 1,23

Vazantes 4

119,21

1,014

4,32 0,80

0,83

2,98 1,24

Video 3

22,60

0,961

3,67 0,51

0,52

0,70 1,19

Brejinho 2

14,01

0,870

10,00 0,05

0,07

0,44 1,12

Escondido 4

166,17

1,068

4,55 0,43

0,84

1,48 1,19

José Rodrigues 4

51,19

0,986

3,29 0,52

0,79

1,06 1,17

Cordeiro 6

1.327,53

1,012

3,85 0,49

0,73

7,04 1,10

Santo Antônio 5

320,48

1,004

3,97 7,25

2,95

4,15 1,14

Chupadouro II 2

1,63

0,776

2,00 0,89

1,63

0,38 1,01

Santa Luzia 5

344,32

1,008

3,73 0,56

1,22

3,50 1,23

Cafundó 2

6,09

1,168

2,00 6,53

1,55

0,36 1,09

Engenheiro Arcoverde

4

132,37

1,054

4,38 0,96

1,63

1,78 1,19

Poleiros 4

188,49

1,022

4,70 0,39

0,89

2,11 1,18

Curimataú 4

118,57

1,034

3,96 0,52

0,73

4,06 1,17

Algodão 4

108,71

0,986

4,01 0,44

0,64

2,43 1,22

Tauá 4

57,40

1,033

3,30 0,57

0,82

1,40 1,16

Page 123: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

j

Nome Ordem dos

cursos de água

Compr. Rede

drenagem [km]

Densida

de de drenage

m

Índice Bifurcaçã

o

Índice dos

comprimentos

Índice

das áreas

Extensão média do

escoamento

superficial

Sinuosidade do curso d´água

São Paulo 5

186,73

1,032

3,46 3,54

2,92

3,06 1,15

São Mamede 5

218,80

1,022 3,34

26,08

101,32

2,97 1,17

Sumé 5

776,99

1,018

4,74 0,44

0,62

5,58 1,22

Cacimba de Várzea 6

1.503,27

1,029

4,03 0,59

1,02

5,86 1,39

Epitácio Pessoa 7

7.408,52

1,028

4,08 0,57

0,83

24,56 1,29

Gamela 3

10,06

1,057

3,25 1,15

0,91

0,48 1,12

ANTENOR NAVARRO

5

394,81

1,105

3,88 0,49

0,66

7,77 1,35

APARECIDA 6

2.025,01

1,055

4,17 0,51

0,88

11,72 1,33

BODOCONGO 6

1.086,07

1,010

3,77 0,56

0,61

6,03 1,37

CARAUBAS 6

1.423,68

1,035

4,03 1,05

0,90

13,88 1,25

Emas 5

309,03

1,008

3,77 0,54

0,72

10,69 1,13

FAZENDA ALAGAMAR

6

2.227,47

1,026

4,19 0,45

0,79

6,09 1,43

POCO DE PEDRAS 5

277,81

1,058

3,78 0,59

0,71

4,30 1,18

Livramento 3

30,90

0,950

4,00 0,36

0,41

0,59 1,13

Atributos do relevo:

Nome Índice de

rugosidade

Declivid

ade média rio [%]

Declivid

ade máxima rio [%]

Elevaç

ão média

da bacia [m]

Retângu

lo equivale

nte 1

Retângu

lo equivale

nte 2

Índice de

declividade

média da bacia

Índice de

declividade

global

Desnív

el específi

co

Acaua 718,67

0,008

0,006

428,11

167,69

22,67

7,46

2,13

131,23

Albino 162,25

0,009

0,016

638,60

6,23

2,73

5,50

14,99

61,83

Araçagi 737,15

0,008

0,011

330,51

98,21

20,85

8,53

5,72

258,99

Arrojado 334,83

0,021

0,015

418,76

14,12

2,44

8,95

20,37

119,56

Baião 84,35

0,003

0,002

167,65

41,77

7,15

1,55

1,08

18,69

Bartolomeu 271,67

0,008

0,012

641,84

13,47

4,37

6,54

11,31

86,80

Bastiana 95,58

0,008

0,015

781,40

8,27

2,03

4,66

8,20

33,58

Bichinho 191,29

0,007

0,008

528,68

14,38

3,81

2,76

4,03

29,85

Page 124: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

k

Bom Jesus 281,34

0,012

0,024

427,50

8,64

3,05

15,49

23,67

121,43

Bom Jesus (Poço Com.)

207,07

0,008

0,014

744,59

18,81

4,99

6,30

7,09

68,72

Boqueirão do Cais

257,65

0,008

0,013

549,54

24,40

7,15

5,71

8,51

112,39

Boqueirão dos Cochos

361,58

0,009

0,011

394,59

14,08

3,01

14,79

20,77

135,26

Bruscas 798,17

0,011

0,020

695,00

41,76

5,39

13,21

14,44

216,66

Cachoeira dos Alves

371,32

0,012

0,019

464,29

22,21

4,96

10,31

13,72

143,95

Cachoeira dos Cegos

485,29

0,004

0,004

333,14

39,52

7,28

4,94

2,82

47,80

caldeirão 119,72

0,005

0,011

610,74

7,36

2,63

5,62

12,21

53,77

Camalaú 550,13

0,006

0,012

620,34

80,48

12,99

3,94

2,21

71,48

campos 490,83

0,011

0,008

542,93

28,12

6,47

4,11

6,69

90,28

Canafístula 196,61

0,010

0,025

541,94

6,64

2,58

12,60

25,45

105,24

Capivara 566,44

0,010

0,020

502,84

50,74

5,14

12,21

8,00

129,24

Capoeira 875,94

0,013

0,028

654,19

39,57

6,97

12,44

13,14

218,29

Caraibeiras 256,68

0,011

0,017

569,11

10,92

3,91

6,77

13,54

88,44

Carneiro 370,09

0,005

0,008

315,27

32,73

9,00

5,38

4,06

69,69

Catolé 476,66

0,008

0,008

773,98

18,67

6,69

10,79

18,06

201,76

Chã dos Pereiras

254,81

0,021

0,024

332,11

8,24

2,03

7,26

15,79

64,61

Chupadouro I

112,28

0,008

0,011

301,38

6,67

2,68

3,82

8,39

35,48

Condado 320,08

0,013

0,014

521,64

26,93

4,12

7,07

8,12

85,54

Coremas 927,21

0,005

0,006

421,31

298,76

21,51

7,98

1,61

128,68

Covão 113,37

0,009

0,017

694,11

8,46

2,14

3,67

8,40

35,76

Curimatã 271,28

0,007

0,010

551,73

17,61

5,07

3,48

3,95

37,39

Farinha 743,08

0,007

0,005

508,66

88,86

8,31

12,72

6,08

165,30

Duas Estradas

144,72

0,047

0,080

269,77

2,29

1,28

12,24

68,63

117,18

Emas 509,47

0,006

0,008

347,03

11,52

3,44

7,69

26,33

165,78

Emídio 99,21

0,011

0,018

683,80

5,26

1,80

4,84

13,97

43,02

Engenheiro Ávidos

548,74

0,007

0,010

495,64

72,24

12,95

9,37

5,63

172,23

Felismina Queiroz

157,00

0,006

0,007

596,63

37,32

9,34

2,93

2,11

39,34

Frutuoso II 345,82

0,015

0,046

437,17

6,56

3,06

17,32

51,07

228,69

Gavião 444,57

0,033

0,018

429,25

7,69

1,25

12,91

42,49

131,88

Page 125: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

l

Glória 163,89

0,010

0,013

747,06

9,76

4,07

5,76

12,35

77,78

Gramame 177,65

0,004

0,009

102,20

30,50

8,33

5,65

4,07

64,94

Gurjão 65,72

0,005

0,005

518,53

14,63

4,38

2,04

3,14

25,16

Jangada 111,59

0,027

0,040

95,68

3,79

2,17

7,62

26,29

75,33

Jatobá 713,76

0,008

0,034

352,96

23,52

3,88

5,75

23,62

225,73

Jatobá II 254,55

0,008

0,004

734,00

20,08

3,16

5,73

5,29

42,15

Jenipapeiro 485,21

0,006

0,015

334,77

7,45

3,42

11,40

44,90

226,78

Jenipapeiro (Buiú)

701,41

0,008

0,017

665,28

61,89

10,41

7,88

4,54

115,27

Jeremias 180,78

0,007

0,010

667,70

20,25

4,70

5,26

5,71

55,72

Lagoa do Arroz

439,02

0,006

0,008

357,67

49,43

6,54

6,14

4,05

72,85

Lagoa do Matias

170,75

0,014

0,027

536,92

7,34

1,62

13,48

21,92

75,54

Lagoa do Meio

287,35

0,006

0,009

582,20

25,85

3,57

5,14

6,18

59,38

Marés 64,80

0,008

0,007

62,15

13,20

2,10

1,35

2,14

11,24

Massaranduba

258,64

0,023

0,015

442,95

6,16

4,28

9,73

28,70

147,34

Milhã 94,61

0,007

0,011

693,31

8,53

3,09

3,40

7,48

38,38

Mucutu 339,92

0,004

0,005

600,53

48,74

10,46

4,04

3,96

89,48

Namorado 120,03

0,010

0,014

486,31

6,22

2,21

3,58

10,08

37,43

Novo 82,30

0,008

0,019

753,50

3,90

1,76

4,83

16,69

43,72

Olho D'agua

52,40

0,009

0,005

126,25

5,53

1,70

2,36

7,70

23,60

Olivedos 79,61

0,005

0,007

603,79

18,02

6,45

2,48

3,08

33,22

Ouro Velho 48,16

0,005

0,011

621,28

3,26

1,36

2,37

10,37

21,86

Paraíso 580,68

0,009

0,030

385,63

14,94

4,74

12,20

25,95

218,42

Pilões 631,66

0,007

0,015

393,85

74,22

10,45

7,45

5,87

163,35

Pimenta 99,17

0,012

0,014

598,59

5,60

3,13

6,16

12,84

53,71

Pipirituba 457,94

0,012

0,033

432,49

14,97

2,82

13,32

25,69

166,93

Piranhas 463,04

0,011

0,018

579,70

32,44

4,87

10,35

8,97

112,72

Pocinhos 455,27

0,008

0,022

720,12

20,34

4,82

7,12

13,43

133,02

Poções 315,03

0,004

0,005

633,40

68,14

7,48

3,93

1,91

43,11

Prata II 151,62

0,011

0,014

615,13

4,35

2,02

3,85

15,16

44,91

Queimadas 368,43

0,009

0,026

392,61

22,58

5,44

8,56

11,37

126,02

Riacho das Moças

225,49

0,025

0,038

803,04

8,59

2,34

8,30

19,28

86,37

Page 126: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

m

Riacho de Santo Antônio

301,81

0,009

0,014

507,69

19,61

5,24

4,83

5,66

57,33

Riacho dos Cavalos

546,57

0,006

0,008

301,92

39,14

4,18

5,93

9,06

115,96

Riacho Verde

104,82

0,009

0,013

363,03

4,84

2,22

6,41

13,36

43,77

Sabonete 66,27

0,008

0,014

789,93

4,74

2,09

4,27

12,96

40,77

Saco 748,88

0,012

0,006

638,32

49,97

7,08

10,16

7,31

137,60

Santa Inês 334,03

0,019

0,023

564,75

20,84

4,69

10,24

10,91

107,83

Santa Rosa

550,30

0,008

0,003

260,10

45,67

5,82

5,66

7,18

117,12

São Domingos

232,98

0,007

0,009

501,84

23,13

3,06

4,08

5,31

44,68

São Francisco

180,51

0,008

0,011

764,54

10,30

3,46

4,14

7,80

46,59

São Gonçalo

517,18

0,005

0,004

321,08

41,59

7,36

6,82

7,23

126,56

São José I 496,08

0,013

0,034

640,87

20,01

4,31

10,23

20,59

191,12

São José II 290,22

0,005

0,004

650,17

52,91

5,08

4,43

2,35

38,59

São José III

209,33

0,007

0,008

603,58

30,75

3,41

5,50

4,42

45,26

São José IV

295,59

0,042

0,062

540,19

3,94

2,09

10,91

59,05

169,58

São Salvaldor

111,30

0,005

0,006

119,95

21,15

4,68

3,45

3,59

35,75

São Sebastião

121,09

0,018

0,025

624,31

3,49

2,05

6,81

25,86

69,16

Serra Branca I

264,28

0,006

0,009

588,90

23,79

2,30

5,84

6,59

48,79

Serra Branca II

320,18

0,010

0,011

588,98

18,76

1,69

8,39

9,97

56,17

Serra Velha

335,48

0,025

0,063

343,02

3,62

1,08

19,97

95,36

188,46

Serra Vermelha

328,08

0,011

0,021

501,61

15,20

3,80

8,00

14,42

109,61

Serrote 118,24

0,006

0,010

644,00

9,98

4,24

3,27

8,32

54,12

Soledade 144,76

0,004

0,006

571,95

24,88

8,03

2,77

3,45

48,81

Suspiro 144,13

0,020

0,036

336,72

4,71

1,26

7,78

23,57

57,49

Tapera 498,73

0,006

0,014

224,97

34,40

6,17

3,64

7,56

110,06

Taperoá II 461,01

0,005

0,007

631,35

52,59

11,22

5,74

4,20

102,00

Tavares 289,91

0,008

0,019

713,55

16,67

3,79

5,98

7,37

58,61

Timbaúba 360,43

0,008

0,017

743,66

21,29

4,67

5,25

7,51

74,84

Vaca Brava 119,32

0,012

0,018

571,38

6,51

2,14

8,34

12,84

47,91

Várzea 44,55

0,010

0,011

270,63

3,07

1,21

2,66

9,11

17,54

Várzea Grande

319,14

0,008

0,010

545,90

43,63

11,58

5,61

4,69

105,46

Vazantes 438,15

0,017

0,025

577,55

30,45

3,86

12,51

11,01

119,33

Page 127: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

n

Video 166,22

0,007

0,014

664,77

10,52

2,24

5,87

11,41

55,33

Brejinho 288,08

0,022

0,033

386,92

10,88

1,48

10,50

20,03

80,39

Escondido 607,56

0,007

0,014

253,18

34,27

4,54

5,88

8,08

100,78

José Rodrigues

371,86

0,012

0,013

15,38

3,38

10,03

17,43

125,57

Cordeiro 684,04

0,004

0,003

663,58

95,58

13,73

7,62

5,26

190,35

Santo Antônio

319,36

0,005

0,006

649,75

37,74

8,46

4,05

3,26

58,28

Chupadouro II

58,23

0,015

0,018

467,42

2,44

0,86

6,52

19,67

28,47

Santa Luzia

580,78

0,009

0,017

527,27

35,85

9,53

10,06

11,20

207,00

Cafundó 207,98

0,021

0,037

648,55

3,11

1,68

8,40

39,55

90,30

Engenheiro Arcoverde

287,74

0,005

0,006

301,17

31,25

4,02

7,00

5,13

57,49

Poleiros 199,25

0,006

0,007

557,32

34,29

5,38

4,06

3,84

52,15

Curimataú 202,70

0,005

0,003

509,45

27,23

4,21

4,67

4,87

52,14

Algodão 241,55

0,005

0,003

552,75

20,44

5,39

6,65

8,70

91,32

Tauá 443,16

0,022

0,036

309,65

14,66

3,79

13,90

21,24

158,30

São Paulo 195,01

0,005

0,007

617,96

24,88

7,27

2,89

3,30

44,34

São Mamede

477,19

0,007

0,022

373,73

27,86

7,69

8,00

12,47

182,44

Sumé 278,91

0,005

0,006

602,42

53,01

14,40

3,48

2,42

66,76

Cacimba de Várzea

450,76

0,005

0,007

498,51

95,65

15,27

5,89

2,49

95,00

Epitácio Pessoa

536,57

0,004

0,004

517,76

264,68

27,23

3,66

0,75

63,63

Gamela 498,86

0,026

0,069

495,07

6,21

1,53

16,44

67,10

207,00

ANTENOR NAVARRO

287,34

0,004

0,002

284,70

45,83

7,80

2,64

1,82

34,39

APARECIDA

687,07

0,003

0,001

307,01

136,44

14,06

5,06

1,98

86,91

BODOCONGO

407,01

0,006

0,008

511,89

108,81

9,88

4,37

2,55

83,73

CARAUBAS

438,75

0,004

0,004

541,95

151,39

9,09

4,36

1,26

46,68

Emas 726,82

0,004

0,003

412,84

63,90

4,80

9,67

7,71

135,04

FAZENDA ALAGAMAR

630,04

0,006

0,007

481,87

175,88

12,34

6,34

1,52

71,01

POCO DE PEDRAS

186,29

0,003

0,002

81,86

59,01

4,45

4,36

1,84

29,82

Livramento 183,43

0,007

0,011

614,01

21,33

1,52

4,98

5,84

33,28

Page 128: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

o

Apêndice B – Dados hidrológicos utilizados das bacias na área de estudo

Açudes/Bacias hidrográficas utilizadas na calibração do estado de Paraíba

AÇUDE AID Period registro

s

Açude Caldeirão 3737414 02.03.2000-30.09.2000 / 25.01.2006 -26.04.2007 670

Açude Riacho dos Cavalos 3824870 11.12.1995-22.08.1998 986

Açude Santa Rosa 3825602 01.03.2004-10.03.2008 1471

Açude Pilões 3832399 04.04.1994-31.05.1995 / 01.12.2003-31.12.2006 1550

Açude Lagoa do Arroz 3832589 09.02.1994-12.03.2001 / 23.01.2002-30.07.2008 4970

Açude Arrojado 3833021 01.12.2004-31.03.2008 1217

Açude Chupadouro I 3833047 01.04.2000-22.06.2006 (interpolado) 2274

Açude Paraíso (Luiz Oliveira) 3833193 01.03.2006-25.01.2008 696

Açude São Gonçalo 3833643

1.1.1994-30.11.1996 / 1.1.1997-30.09.1999 / 1.12.1999-16.05.2000 / 1.12.2000-23.02.2001 / 19.03.2001-31.05.2008 4879

Açude Eng. Ávidos 3833913 01.12.2003-30.11.2007 1461

Açude Jenipapeiro 3833971 01.09.2003-30.09.2005 / 01.05.2006-30.09.2007 / 01.03.2008-03.06.2008 857

Açude Carneiro 3834035 01.03.1994-31.01.1997 1068

Açude Engenheiro Arcoverde 3834884 01.03.1995-30.11.2005 / 01.01.2006-30.11.2007 4627

Açude São Mamede 3835888

13.4.1994-15.01.1995 / 10.04.1995-15.11.1995 / 01.01.1996-31.07.1998 / 01.01.2006-31.12.2006 / 07.05.2007-31.08.2007 1923

Açude Várzea 3836501 16.2.00-31.7.00 /01.09.00-31.7.01 /24.1.02-30.11.02/29.01.04-31.3.04/1.5.04-29.2.08 2275

Açude Caraibeiras 3837127 15.06.2007-31.07.2008 413

Açude Canafístula II 3838579 01.12.2005-31.12.2006 / 31.01.2007-01.03.2008 792

Açude Vaca Brava 3838953 29.03.1995-31.07.1995 / 08.03.1996-30.09.1996 / 17.02.1997-30.06.1997 / 06.01.2005-31.03.2007 1271

Açude Boquirão dos Cochos 3843372

03.07.1999-31.10.2000 / 12.02.2001-15.01.2003 / 01.05.2006-31.01.2008 1831

Açude Cafundó 3843424 01.10.1995-31.07.1996 / 15.04.2001-30.04.2002 / 01.05.2004-31.08.2005 1174

Açude Bartolomeu 3843604

01.04.2000-28.02.2002 / 01.04.2002-20.03.2003 / 25.03.03-30.09.03 / 1.4.04-31.3.05 / 1.6.05-18.4.06 / 18.8.06-31.7.08 2646

Açude Cachoeira dos Alves 3843658

22.11.97-23.02.2000 / 01.04.2002-28.02.2003 / 01.07.2005-20.03.2006 / 01.06.2006-26.02.2007 / 13.03.2007-31.01.2008 1986

Açude Vazantes 3843832 01.06.1995-04.12.1997 / 01.05.2000-30.09.2003 / 01.12.2003-21.01.2008 3679

Açude Saco 3843995 10.10.1994-15.08.95 / 18.10.2000-21.09.2002 / 1.12.2003-30.04.2004 1166

Açude Coremas 3844014 1.3.1994-23.09.2001 / 1.2.2002-12.12.2008 5076

Açude Emas 3844159 7.1.2000-31.12.2000 / 18.12.2001-16.12.2002 724

Açude Cachoeira dos Cegos 3844168 1.10.2000-30.04.2002 / 9.06.2005-16.02.2007 1195

Açude Queimadas 3844709 01.02.2002-27.02.2004 / 15.12.2005-19.02.2008 1554

Açude Albino 3844798 1.09.2005-9.06.2008 1013

Açude Bom Jesus (Poço Comprido) 3844974 01.12.2003-19.09.2008 1755

Açude Jatobá I 3845147 01.07.2004-30.03.2008 1369

Açude da Farinha 3845155 01.04.2005-31.07.2008 1218

Açude Capoeira 3845321 17.10.2000-28.01.2004 / 14.05.2004-29.03.2008 2615

Page 129: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

p

Açude Riacho das Moças 3845443 12.02.2004-28.07.2006 898

Açude Jeremias 3845586 01.09.2004-31.07.2008 1430

Açude São José III 3846743 01.09.2003-31.01.2007 /26.02.2007-31.07.2008 1771

Açude Serra Branca I 3846972 19.01.2004-31.07.2008 1657

Açude Soledade 3847131 06.02.2000-21.08.2003 / 19.01.2004-26.11.2006 2341

Açude Epitácio Pessoa 3847976 09.01.1991 - 31.07.2008 6422

Açude São Sebastião 3848133 24.02.2000-31.04.2002 797

Açude Brejinho 3848278 22.05.2000-30.12.2002 / 01.01.2003-06.02.2008 2665

Açude Chupadouro II 3848365 13.03.2000-31.01.2003 / 26.08.2003 - 29.02.2008 2704

Açude Chã dos Pereiras 3848474 02.02.2000-10.04.2001 / 01.02.2002 - 28.01.2004 1160

Açude Acauã 3848893 04.02.2003-31.07.2008 2005

Açude São Salvador 3849166 08.03.1995-25.10.1996 / 15.12.1999-16.03.2008 3613

Açude Serra Vermelha 3852099 01.01.1999-31.08.2001 974

Açude Piranhas 3853014 30.04.2003-01.03.2008 1768

Açude Catolé 3853369 28.12.2005-24.04.2006 118

Açude Glória 3854046 02.01.2000-30.11.2001 699

Açude Timbaúba 3854137 01.04.1994-28.02.1997 / 28.12.2005-16.10.2007 1723

Açude Jatobá II 3854405 01.11.2001-30.09.2003 / 01.12.2003-31.05.2005 1248

Açude São Paulo 3855266 07.02.2006-30.06.2008 875

Açude Prata II 3855386 19.01.2004-22.12.2004 339

Açude Poções 3856076 07.04.1996-31.08.1998 / 29.12.1999-07.10.2002 / 01.01.2004-21.09.2008 3504

Açude Sumé 3856325 11.01.2000-31.05.2008 3065

Açude Cordeiro 3856668 05.02.1995-18.03.2008 4791

Açude Gramame - Mamuaba 3940513 01.01.1996-30.09.1997 / 01.01.2005-11.12.2008 2079

ANTENOR NAVARRO 3726000

0 01.01.1994-31.05.2008 4534

APARECIDA 3729000

0 01.01.1994-31.05.2008 4785

EMAS 3736000

0 01.01.1994-31.05.2008 4393

FAZENDA ALAGAMAR 3865000

0 01.01.1994-31.05.2008 5349

CARAUBAS 3883000

0 01.01.1994-31.05.2008 4829

BODOCONGO 3886000

0 01.01.1994-31.05.2008 4953

Page 130: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

q

Açudes/Bacias hidrográficas utilizadas do estado de Ceará

Apêndice C – Mineração de dados

Análise dos componentes principais

Importâncias Variáveis

Peso Importância

Perimetro 0,970 1

Retângulo equivalente 1 0,957 2

Extensão média do escoamento superficial 0,884 3

Largura Média 0,884 4

Área 0,878 5

Compr. Rede drenagem 0,876 6

Índice de declividade global 0,862 7

Retângulo equivalente 2 0,859 8

Linha de Fundo 0,854 9

Compr.Curso pr. 0,850 10

Declividade máxima rio 0,842 11

Índice de rugosidade 0,824 12

Índice de declividade média da bacia 0,809 13

Ordem dos cursos de água 0,740 14

Desnível específico 0,739 15

Declividade média rio 0,686 16

Índice circularidade 0,674 17

Sinuosidade do curso d´água 0,598 18

CODIGO CORPO BACIA CAPAC (m³) MUNICIPIO INICIO QUANTIDADE DADOS

32 Adauto Bezerra Médio Jaguaribe 5.250.000 Pereiro 01/02/92 2900

135 Bonito Acaraú 6.000.000 Ipú 01/01/76 7390

33 Capitão Mor Banabuiú 6.000.000 Pedra Branca 01/01/92 4630

43 Caracas Curu 9.630.000 Canindé 01/01/92 3801

95 Colina Parnaíba 3.250.000 Quiterianópolis 01/04/98 1954

34 Cupim Parnaíba 4.550.000 Independência 01/01/92 2342

178 Desterro Curu 5.010.000 Caridade 01/07/00 3007

72 Forquilha II Alto Jaguaribe 3.400.000 Tauá 01/03/92 4656

26 Nova Floresta Médio Jaguaribe 7.610.000 Jaguaribe 01/08/32 19929

89 Parambu Alto Jaguaribe 8.530.000 Parambu 26/06/93 3938

56 Patos Litoral 7.550.000 Sobral 01/01/66 14231

179 Penedo Metropolitanas 2.414.000 Maranguape 19/03/01 2070

82 Potiretama Médio Jaguaribe 6.330.000 Potiretama 08/06/93 2543

62 Premuoca Coreaú 5.200.000 Uruoca 01/04/83 2818

68 Quincoé Alto Jaguaribe 7.130.000 Acopiara 20/07/92 5447

55 S. Maria de Aracat. Litoral 8.200.000 Sobral 14/04/65 14209

166 Santa Maria Médio Jaguaribe 5.866.800 Ererê 15/03/84 1615

141 São Domingos Curu 3.035.000 Caridade 01/09/97 3164

39 São José I Banabuiú 7.670.000 Boa Viagem 01/01/92 4201

22 Sobral Acaraú 4.675.000 Sobral 01/01/66 14151

111 Tigre Médio Jaguaribe 3.510.000 Solonópole 01/01/05 1708

129 Trapiá III Coreaú 5.510.000 Coreaú 01/10/97 1638

Page 131: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

r

Índice compacidade 0,593 19

Coeficiente de torrencialidade 0,419 20

Índice Bifurcação 0,273 21

Densidade de drenagem 0,232 22

Índice das áreas 0,150 23

Fator de Forma 0,147 24

Índice dos comprimentos 0,123 25

Elevação média da bacia 0,030 26

Índice- t das bacias hidrográficas

Componente 1 Componente 2 Componente 3

Acaua 9,7 2,2 -1,4

albino -2,4 -0,9 -0,8

araçagi 6,5 2,9 0,3

arrojado -1,1 0,7 1,7

Baião 1,2 -2,5 -0,8

Bartolomeu -1,2 -0,6 -1,2

Bastiana -2,2 -1,7 -0,8

Bichinho -1,1 -2,0 -0,7

Bom Jesus -2,4 1,8 0,2

Bom Jesus (Poço Comprido) -0,8 -1,0 -0,6

Boqueirão do Cais -0,0 -0,4 -0,4

Boqueirão dos Cochos -1,5 1,0 1,5

Bruscas 1,2 2,3 3,1

Cachoeira dos Alves -0,2 1,0 0,0

Cachoeira dos Cegos 1,2 -1,4 0,4

caldeirão -2,3 -1,2 -1,0

Camalaú 3,9 -0,3 0,4

campos 0,6 -0,7 1,1

Canafístula -2,9 1,1 -0,4

Capivara 1,8 1,1 2,1

Capoeira 1,0 2,7 1,9

Caraibeiras -1,5 -0,4 0,5

Carneiro 0,8 -1,0 -0,3

Catolé -0,4 0,8 0,2

Chã dos Pereiras -2,1 0,5 -0,1

Chupadouro I -2,4 -1,3 -1,5

Condado -0,4 -0,4 0,7

Coremas 15,3 3,7 -2,2

Covão -1,8 -1,8 -0,0

Curimatã -0,9 -1,7 -0,7

Farinha 3,8 1,5 2,3

Duas Estradas -6,2 7,0 -4,6

Page 132: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

s

Emas -1,1 0,4 1,2

Emídio -2,9 -1,0 -1,5

Engenheiro Ávidos 3,7 1,1 0,8

Felismina Queiroz 1,0 -1,8 -0,9

Frutuoso II -3,4 4,5 0,0

Gavião -2,5 2,7 2,1

Glória -2,0 -0,9 -0,3

Gramame -0,1 -0,4 -3,4

Gurjão -1,2 -2,5 -0,8

Jangada -4,0 1,9 -3,0

Jatobá 0,0 1,8 2,2

Jatobá II -0,7 -1,8 1,3

Jenipapeiro -2,1 2,4 -0,3

Jenipapeiro (Buiú) 3,0 0,7 0,7

Jeremias -0,8 -1,5 -0,2

Lagoa do Arroz 1,7 -0,7 0,9

Lagoa do Matias -2,8 0,8 1,2

Lagoa do Meio -0,1 -1,5 1,1

Marés -1,3 -2,3 -0,2

Massaranduba -2,6 1,5 -0,4

Milhã -2,3 -1,7 -1,1

Mucutu 1,9 -1,1 -0,2

Namorado -2,5 -1,7 0,6

Novo -3,4 -0,8 -2,7

Olho D'agua -2,6 -2,3 -0,9

Olivedos -0,9 -2,4 -1,1

Ouro Velho -2,8 -2,2 -1,2

Paraíso -1,2 2,4 1,9

Pilões 3,6 1,0 1,5

Pimenta -3,0 -0,7 -1,8

Pipirituba -1,5 2,2 1,9

Piranhas 0,7 0,6 1,5

Pocinhos -0,5 0,2 0,9

Poções 2,4 -1,7 0,2

Prata II -2,7 -1,2 -1,3

Queimadas -0,4 0,5 0,6

Riacho das Moças -2,8 1,2 -0,3

Riacho de Santo Antônio -0,4 -1,1 -0,1

Riacho dos Cavalos 1,0 -0,5 2,1

Riacho Verde -2,7 -0,7 -1,7

Sabonete -3,0 -1,5 -1,9

Saco 2,5 1,0 2,3

Santa Inês -0,9 0,8 0,6

Santa Rosa 1,5 -0,3 1,2

São Domingos -0,3 -1,7 1,8

Page 133: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

t

São Francisco -1,9 -1,7 -0,4

São Gonçalo 1,7 -0,3 1,0

São José I -1,2 1,9 1,0

São José II 1,6 -2,0 0,5

São José III 0,1 -1,6 2,5

São José IV -4,6 5,1 -0,0

São Salvaldor -0,6 -2,0 1,3

São Sebastião -3,4 0,3 -0,6

Serra Branca I -0,5 -1,5 1,8

Serra Branca II -0,9 -0,7 1,5

Serra Velha -5,0 6,9 -0,8

Serra Vermelha -1,2 0,0 1,4

Serrote -1,7 -1,8 -1,0

Soledade 0,2 -2,0 -0,3

Suspiro -3,7 1,0 -1,2

Tapera 1,0 -0,4 0,9

Taperoá II 2,3 -0,4 0,4

Tavares -1,1 -0,7 -0,7

Timbaúba -0,3 -0,9 0,6

Vaca Brava -2,9 -0,1 -1,7

Várzea -2,8 -1,9 -1,7

Várzea Grande 1,6 -0,4 -0,2

Vazantes 0,1 1,0 1,6

Video -1,6 -1,3 0,3

Brejinho -2,2 1,2 2,6

Escondido 0,8 -0,2 1,8

José Rodrigues -1,1 0,6 0,6

Cordeiro 4,5 0,9 0,0

Santo Antônio 0,9 -1,4 -0,9

Chupadouro II -4,3 0,2 -3,9

Santa Luzia 1,1 1,5 0,7

Cafundó -3,4 1,3 -0,4

Engenheiro Arcoverde 0,4 -1,3 1,1

Poleiros 0,4 -1,8 0,7

Curimataú 0,3 -2,1 -0,4

Algodão -0,3 -1,2 0,1

Tauá -1,7 2,8 0,4

São Paulo 0,0 -1,9 -1,1

São Mamede 0,0 2,3 -2,4

Sumé 2,5 -1,2 -0,9

Cacimba de Várzea 5,5 0,2 0,1

Epitácio Pessoa 15,3 1,9 -6,2

Gamela -3,8 6,2 -0,1

ANTENOR NAVARRO 2,6 -2,2 -1,0

APARECIDA 7,2 0,0 -0,7

Page 134: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

u

BODOCONGO 5,0 -0,5 0,5

CARAUBAS 6,7 -1,0 -1,4

Emas 3,5 -0,3 -1,0

FAZENDA ALAGAMAR 8,5 0,8 0,9

POCO DE PEDRAS 2,0 -2,2 0,4

Livramento -0,4 -2,0 1,8

Redes Neurais Artificiais

Pesos - Parâmetro STR

Conexão - 4.MLP 9-6-1 Pesos - 4.MLP 9-6-1

1 FormFactor --> hidden neuron 1 -0,39744

2 FormFactor --> hidden neuron 2 0,02815

3 FormFactor --> hidden neuron 3 0,45652

4 FormFactor --> hidden neuron 4 -0,13937

5 FormFactor --> hidden neuron 5 0,02617

6 FormFactor --> hidden neuron 6 -0,02983

7 BifuricationIndex --> hidden neuron 1 0,31415

8 BifuricationIndex --> hidden neuron 2 0,29109

9 BifuricationIndex --> hidden neuron 3 0,27361

10 BifuricationIndex --> hidden neuron 4 -0,13940

11 BifuricationIndex --> hidden neuron 5 -0,57536

12 BifuricationIndex --> hidden neuron 6 0,56205

13 RiverSinuosity --> hidden neuron 1 0,21377

14 RiverSinuosity --> hidden neuron 2 -0,48761

15 RiverSinuosity --> hidden neuron 3 -0,35720

16 RiverSinuosity --> hidden neuron 4 0,03771

17 RiverSinuosity --> hidden neuron 5 0,46492

18 RiverSinuosity --> hidden neuron 6 0,77828

19 AvgRiverSlope --> hidden neuron 1 0,10915

20 AvgRiverSlope --> hidden neuron 2 -0,00737

21 AvgRiverSlope --> hidden neuron 3 -0,30085

22 AvgRiverSlope --> hidden neuron 4 0,42038

23 AvgRiverSlope --> hidden neuron 5 0,12256

24 AvgRiverSlope --> hidden neuron 6 -0,32141

25 Classe1 --> hidden neuron 1 -0,07967

26 Classe1 --> hidden neuron 2 -0,44352

27 Classe1 --> hidden neuron 3 -0,97173

28 Classe1 --> hidden neuron 4 -1,47142

29 Classe1 --> hidden neuron 5 -1,67720

30 Classe1 --> hidden neuron 6 1,13909

31 Classe2 --> hidden neuron 1 -1,23943

32 Classe2 --> hidden neuron 2 -0,27503

33 Classe2 --> hidden neuron 3 0,49514

Page 135: REGIONALIZAÇÃO AUTOMATIZADA DE PARÂMETROS DE …

v

34 Classe2 --> hidden neuron 4 2,36181

35 Classe2 --> hidden neuron 5 2,18931

36 Classe2 --> hidden neuron 6 -1,90535

37 L600.Media --> hidden neuron 1 -1,47864

38 L600.Media --> hidden neuron 2 -0,75533

39 L600.Media --> hidden neuron 3 2,03834

40 L600.Media --> hidden neuron 4 -1,16211

41 L600.Media --> hidden neuron 5 1,15775

42 L600.Media --> hidden neuron 6 0,19394

43 PAE --> hidden neuron 1 1,46467

44 PAE --> hidden neuron 2 0,96186

45 PAE --> hidden neuron 3 0,74932

46 PAE --> hidden neuron 4 -0,20053

47 PAE --> hidden neuron 5 0,02364

48 PAE --> hidden neuron 6 1,57776

49 Prec.Media --> hidden neuron 1 0,33761

50 Prec.Media --> hidden neuron 2 0,69745

51 Prec.Media --> hidden neuron 3 -2,15663

52 Prec.Media --> hidden neuron 4 0,26198

53 Prec.Media --> hidden neuron 5 0,06949

54 Prec.Media --> hidden neuron 6 0,21042

55 input bias --> hidden neuron 1 0,41692

56 input bias --> hidden neuron 2 -0,09495

57 input bias --> hidden neuron 3 -1,05254

58 input bias --> hidden neuron 4 1,12781

59 input bias --> hidden neuron 5 -0,22511

60 input bias --> hidden neuron 6 -0,15496

61 hidden neuron 1 --> str 0,03549

62 hidden neuron 2 --> str -0,40126

63 hidden neuron 3 --> str 0,74432

64 hidden neuron 4 --> str -1,26100

65 hidden neuron 5 --> str 2,03587

66 hidden neuron 6 --> str -0,41288

67 hidden bias --> str 0,36613