Modelagem e simulação hidrológica
Marllus Gustavo Ferreira Passos das Neveswww.ctec.ufal.br/professor/mgn
• Horário: terças e quintas 13:00 até 16:00• Local: Sala do Mestrado do PPGRHS• Disciplina Eletiva
Objetivo• Compreender os processos e sua interação
em sistemas hídricos, lançando as bases para a simulação e comparação de cenários que, por sua vez, subsidiam tomadas de decisão racionais
Programa0. Introdução à disciplina1.Fundamentos da modelagem2.Análise numérica 3. Otimização de parâmetros4. Escoamento: introdução, modelos de rios e reservatórios5. Escoamento: modelos chuva-vazão
• As aulas e demais atividades distribuídas ao longo do bimestre, totalizando 45 horas. Pode haver alteração ao longo do processo (com aviso prévio)
• Material disponibilizado em:www.ctec.ufal.br/professor/mgn
Cronograma 2015.2
BibliografiaLIVROS Tucci, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Ed. UFRGS ABRH 652p- FRAGOSO JR, C. R. ; FERREIRA, T. F. ; MOTTA MARQUES, D. M. L. . Modelagem Ecológica em Ecossistemas Aquáticos.
1. ed. São Paulo: Oficina de Textos, 2009. v. 1. 304p.- Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação- Maidment – Handbook of Hydrology- Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos- Cunha, C. Métodos Numéricos - para as Engenharias e
Ciências Aplicadas. Campinas, SP: Editora da Unicamp.- Beven, K. 2001. Rainfall-runoff modeling: the primer- Ponce, V. M. Engineering Hydrology: Principles and Practice- McCuen, R. Hydrologic Analysis and design- Anderson & Burt - Hydrological ForecastingColeção ABRH – Modelos para gerenciamento de rec. híd.
BibliografiaLIVROS - Chapra – Surface Water Quality Modeling- Chapra e Canale – Numerical Methods for Engineers-Wagener, Wheater, Gupta - Rainfall-runoff modelling in gauged
and ungauged catchments- Singh, V.P.; ed. Computer models of watershed hydrology.
Highlands Ranch, Colorado, Water Resources Publ., 1995.- Physical Hydrology (Dingman)- Hydrology: An Introduction - Brutsaert
ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS– Klemes, V. 1986 Operational testing of hydrological
simulation models. Hydrological Sciences Journal V. 31 No. 1 pp. 13-24.
– Nash e Sutcliffe, 1970 (Journal of Hydrology)
ARTIGOS DE PERIÓDICOS DIVERSOS– SINGH, V. P. e WOOHISER, D. A, 2002. Mathematical
Modeling of Watershed Hydrology. Journal of Hydrologic Engineering V 7 N4 July 2473-292.
– Artigo do Gupta sobre o coeficiente de Nash-Sutcliffe considerando variabilidade sazonal (Value of Nash values)
– Perrin, C.; Michel, C.; Andréassian, V. Does a large number of parameters enhance model performance? Comparative assessment of common catchment model structures on 429 catchments. J. Hydrology, 242:275-301, 2001.
Bibliografia
Avaliação• Os conceitos serão obtidos por meio de:
– Provas de conceitos individuais 20%– um trabalho em forma de artigo individual peso
80%
• Recuperação todo o conteúdo do curso prova é para alunos que faltarem uma prova por qualquer razão e para quem desejar melhorar o conceito.
• Não haverá recuperação para alunos que deixarem de fazer o trabalho em forma de artigo
Avaliação
Nota Conceito
10 a 9 A
9 a 8 B
8 a 7 C
< 7 D
• O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno e aceito pelo professor (vejam depois sugestões nos próximos slides ou converse com alunos de turmas passadas para complementar seus trabalhos
• Provas de conceitos
– Sorteado no momento da prova um tema para a 1ª metade da aula dissertação nota PC_1
– 2ª metade da prova dissertação sobre outro tema escolhido, com exceção daquele sorteado nota PC_2
– Nota da PC = 0,4 . PC_1 + 0,6 . PC_2
No Área Tema Direcionamento
1 Hidrologia Urbana
Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e aplicação de um modelo conhecido
Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado e simulando com um modelo conhecido, como o SWMM
2 Hidrologia Urbana
Modelagem de técnicas alternativas para o controle do escoamento urbano em pequena escala: revisão e desenvolvimento (ou aprimoramento) de um algoritmo
Fazer uma revisão do que se fala na literatura a respeito da simulação chuva-vazão para este tipo de estrutura, tomando um caso experimental realizado, montando ou aprimorando um algoritmo e simulando
3 Hidrologia
É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos concentrados
Tomar um algoritmo de algum modelo concentrado como o IPH II ou o IPH-MEN ou outro, calibrar separadamente para mínimas, médias e máximas, verificar a possibilidade de haver uma função ou um algoritmo que faça o modelo entender que o parâmetro muda conforme algum critério que vise à sazonalidade e simular para um período de validação esta modificação. Se existir uma versão do modelo escolhido com interface, esta versão pode ser utilizada na fase de calibração.
4 Hidrologia
É possível definir funções sazonais de parâmetros de modelos? O caso de modelos distribuídos
Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH
Algumas idéias para trabalhos
No Área Tema Direcionamento
5 Hidrologia
Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos?
Tomar uma bacia, calibrar e verificar um modelo concentrado e um distribuído e com um posto fluviométrico. Deve haver nesta bacia postos pluviométricos com dados diários e com dados horários de precipitação, provenientes de estações automáticas. Supõe-se que melhore, sobretudo em bacias de cabeceira.
6 Hidrologia
Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos concentrados
Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo concentrado. Neste caso, pode-se tomar mais de uma bacia, uma com posto fluviométrico próximo à cabeceira e outra mais distante da cabeceira
7 Hidrologia
Simulações hidrológicas com dados diários de percipitação melhora a calibração e a validação de modelos? O caso de modelos distribuídos
Semelhante ao caso anterior, mas com um modelo distribuído como o MGB-IPH
Algumas idéias para trabalhos
• Calibração IPH-2 com o MOCOM-UA usando ponderadores para ponderar cada uma das simulações
• Calibração do IPH-2 com o MOCOM-UA usando funções objetivo associadas a faixas de vazões (altas x baixas) ou (altas x médias x baixas).
• Hidrograma unitário geomorfológico.• Metodologia dos franceses para estimar HU e
perdas ao mesmo tempo.• Comparação Muskingum-Cunge x Hidrodinâmico
para diferentes situações de vazão, declividade e comprimento de rio.
• Escalas dos processos hidrológicos e sua representação pelos modelos
Algumas idéias para trabalhos
Outras idéias para trabalhos• O uso de satélites para estimativa da precipitação:
como pode complementar a rede pluviométrica e suas falhas?
• Previsão de precipitação em tempo real e o seu uso na previsão de vazão: métodos, vantagens e desvantagens e tendências;
• Modelos hidrológicos de previsão em tempo real de vazão: distribuídos concentrados, vantagens e desvantagens
• Modelos distribuídos para pequenas bacias rurais para avaliação dos impactos sobre alterações do uso do solo
• Técnicas de Otimização associadas com a estimativa dos parâmetros de modelos hidrológicos: funções objetivo e funções multi-objetivo associada a modelos distribuídos.
Outras idéias para trabalhos• Otimização multi-objetivo de diferentes modelos:
hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros• Integração de SIG com modelos – Como organizar?• Uso de incertezas em associação com a estimativa
dos modelos hidrológicos• Modelos de Grandes bacias: estrutura de balanço,
incertezas associadas e limitações• Otimização e simulação do funcionamento de
sistemas de reservatórios: modelos, usos e limitações• Decision Support Systems em recursos hídricos:
estrutura básica, elementos, principais tipos utilizados.
Outras idéias para trabalhos• Evaporação e Evapotranspiração: fundamentos,
dados, medidas, técnicas de modernas de avaliação• Avaliação do escoamento subterrâneo nos modelos
hidrológicos: modelos, estruturas, estimativa de parâmetros e sua relação com as características das bacias.
• Escoamento em meio não – saturado: formulações utilizadas nos modelos, representação de recargas e fontes.
• Modelos de operação Usos múltiplos: Energia e inundações – volume de espera
• Sistemas integrados de previsão e operação de reservatórios.
• Estimativa do volume de áreas de inundação na propagação no Pantanal
Outras idéias para trabalhos• Simulação com Modelo Muskingun-Cunge não-linear
para conservação de volume em rios• Avaliação da previsão de longo prazo da umidade do
solo na bacia do rio Uruguai• Avaliação de funções multi-objetivo em associação
com modelo distribuído de grandes bacias para extrapolação espacial e temporal
• Estimativa de precipitação com imagens de satélites numa área com precipitação conhecida: Uso de modelos existentes
• Uso do Modelo IPHS1 para simulação de um sistema e análise do comportamento hidrológico