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Seminário sobre Recursos

Hídricos e Agricultura

2 de outubro de 2013

Modelagem e simulação hidrológica em

bacias hidrográficas – aplicações e desafios

Prof. Samuel Beskow

Recursos hídricos e agricultura

Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e desafios 3

Cenário atual de recursos hídricos

Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e

desafios

4

Consequências das ações antrópicas


desafios

5

Gestão de recursos hídricos

6

Fonte: Unesco* *Agência Nacional de Águas. 2011. O Comitê de Bacia Hidrográfica: o que é e o que faz? Brasília: SAG. 64p.

Recursos hídricos x Hidrologia x Modelagem

Hidrologia • Ciência

Fenômenos

naturais • Ciclo hidrológico

Complexos

• Vários fatores envolvidos;

• Dificulta a análise quantitativa e qualitativa;

Modelo


desafios

7

Estudar processos

hidrológicos

Descrever passado

Fazer previsões

Conceitos aplicados à modelagem

Terminologia

Sistema

Modelo

Simulação

Fenômeno

Variável

Parâmetro


desafios 8

Conceitos aplicados à modelagem

Sistema natural de interesse

Bacia hidrográfica

Necessidade:

monitora-mento

Objetivo do

Monitora-mento

Modelo hidrológico


desafios

9

Sistema de Informações Geográficas (SIG)

Integração SIG e Hidrologia: natural (Singh e Fiorentino, 1996);

Singh, V. S.; Fiorentino, M. 1996. Geographical Information Systems in Hydrology. Dordrecht: Kluwer

Academic Publishers.

Fonte: Singh & Fiorentino

(1996)

Fonte: Adaptado de Singh & Fiorentino

(1996)

10

Etapas para modelagem hidrológica


desafios

11

Definição • Bacia

hidrográfica;

• Problemas;

Monitora-mento

• Processos hidrológicos;

Modelagem • Modelo;

Simulação • Tomada

de

decisões;

• Gestão; Avançar

Etapas (Definição)


desafios

12

Voltar

Etapas (monitoramento)


desafios

13

Voltar

Etapas (modelagem)


desafios

14

Modelo hidrológico

Avaliação de cada etapa

desenvolvida

Estruturação de algoritmos apropriados

para o local de interesse

Escolha do ambiente de

programação e ferramentas

Definição dos problemas a

serem resolvidos

Entendimento dos processos

hidrológicos

Análise das variáveis que influenciam

Voltar

Etapas (simulação)


desafios

15

Voltar

Reflexão (Beven, 2001; Tucci, 2005) Por que usar um modelo hidrológico se é possível

medir variáveis hidrológicas?

Tucci, C. E. M. 2005. Modelos hidrológicos. 2 ed. Porto Alegre: Editora da UFRGS.

Beven, K. J. 2001. Rainfall-runoff modelling: the primer. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. 16

Aplicações da simulação hidrológica

Balanço hídrico;

Extensão de séries;

Estruturas hidráulicas;

Curva de permanência;

Previsão em tempo real;

Modificação de uso do solo e do clima;

Erosão hídrica e transporte de sedimentos; Qualidade de água;


desafios

17

Avançar

Aplicações da simulação hidrológica:

balanço hídrico

Viola, M. R. 2008. Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de

Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado.

18

Voltar


extensão de séries

Série de precipitação (01/01/1994-31/12/2008) na bacia hidrográfica do Arroio

Pelotas e de vazão do Arroio Pelotas, seção de controle na Ponte Cordeiro de

Farias, em Pelotas-RS, considerando o período entre 1994 e 2004.


desafios

19

Voltar


estruturas hidráulicas


desafios

20

Voltar


curva de permanência

Curva de permanência do Arroio Pelotas, seção de controle na Ponte Cordeiro de

Farias, em Pelotas-RS, considerando dados de vazão do período entre 1999 e

2005.


desafios

21

Voltar


previsão em tempo real


desafios

22

Voltar


modificação de uso do solo e do clima


desafios

23

Voltar

Motivação para modelagem e simulação

hidrológica no Brasil


desafios

24

Dados hidrológicos (ANA): Rio Grande do Sul


desafios

25

Modelo hidrológico LAvras Simulation of

Hydrology (LASH)

26 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e

desafios

Desenvolvimento da PRIMEIRA VERSÃO

27

Instituições Equipe

Samuel Beskow

Carlos R. de Mello

Delphi

SIG ArcGIS

Marcelo R. Viola

Lloyd D. Norton

Programação


desafios

Embasamento teórico do LASH

28 Viola, M. R. 2008. Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de

Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado.

Classificação;

Embasamento teórico do LASH

29

Divisão da bacia hidrográfica;

Balanço hídrico;

Componentes simulados.

Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M. 2011. Performance of a distributed semi-conceptual hydrological

model under tropical watershed conditions. Catena 86: 160-171.

Dados de entrada do modelo LASH

30

Mapas

DEM

Uso

Solo

Tabela

s Dados

meteorológicos

Parâmetros (uso)


desafios

Otimização do LASH para uma bacia

31

Calibração automática Shuffled Complex

Evolution (SCE-UA) (Duan et al., 1992);

Seleção de parâmetros.

Duan, Q.; Sorooshian, S.; Gupta, V. 1992. Effective and efficient global optmization for conceptual rainfall-runoff

models. Water Resources Research 28(4): 1015-1031.

Dados de saída do modelo LASH

32

Vis

ual

Hidrograma observado

Hidrogramas simulados

Estatísticas de precisão

Tabela

s p

ara

export

ar

Hidrograma simulado para cada iteração

Parâmetros e estatísticas para

cada iteração


desafios

Aplicação para a bacia hidrográfica do

Ribeirão Jaguara (Minas Gerais)

33

Fonte: Beskow et al.

(2011)

Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M. 2011. Performance of a distributed semi-conceptual hydrological

model under tropical watershed conditions. Catena 86: 160-171.

Aplicação para a bacia hidrográfica do

Ribeirão Jaguara (Minas Gerais)

34

Curvas de permanência observada e simulada e vazões mínimas e máximas

anuais observadas e simuladas pelo modelo LASH, na bacia hidrográfica do

Ribeirão Jaguara (Minas Gerais). Fonte: Beskow et al. (2013)

Beskow, S.; Norton, L. D.; Mello, C. R. 2013. Hydrological prediction in a tropical watershed dominated by Oxisols

using a distributed hydrological model. Water Resources Management 27(2): 341-363.

Desenvolvimento da SEGUNDA VERSÃO

35

Instituições Equipe

Samuel Beskow

Carlos R. de Mello

Delphi

SIG ArcGIS

Biblioteca OpenGL

Zeoslib

Firebird

Python

Marcelo R. Viola

Lloyd D. Norton

Orientados

Programação


desafios

Estrutura de banco de dados da segunda

versão do LASH


desafios

Banco de dados (estações de monitoramento)


desafios

Alguns mapas no ambiente do LASH


desafios

Módulo de visualização de resultados


desafios

Módulo do LASH no SIG ArcGIS


desafios

40

Desafios da modelagem e simulação

hidrológica


desafios

41

Escala dos processos hidrológicos

Desenvolvimento de modelos apropriados para cada situação

Calibração de modelos

Formação de recursos humanos

Avançar

Escala dos processos hidrológicos


desafios

42

Lavoura ou propriedade Parcela Bacia hidrográfica

Voltar

Calibração dos modelos


desafios

43

Voltar

Formação de recursos humanos


desafios

44

Voltar

45

Prof. Dr. Samuel Beskow CDTec/Engenharia Hídrica - Universidade Federal de Pelotas (UFPel)

Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos - UFPel

Campus Porto - Rua Gomes Carneiro, 01

Pelotas - RS CEP 96010-610

Fone: (53) 3921-1240 ou (53) 8142-2382

e-mail: [email protected] ou [email protected]

http://hidrica.ufpel.edu.br

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mailto:[email protected]

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