Conceitos Básicos B Modelagem Hidrológica. I Escola de Primavera Santa Maria, setembro 2008

Transcrição

1 Conceitos Básicos B de Modelagem Hidrológica Camilo Daleles Rennó I Escola de Primavera Santa Maria, setembro 2008

2 Modelos O que é um modelo?» Modelo é a representação conceitual de um fenômeno» Tipicamente o modelo se referirá a apenas alguns aspectos do fenômeno em questão Dois modelos de um mesmo fenômeno deveriam ser iguais?» Não necessariamente» Cada modelo pode ter um objetivo diferente ou ainda ter diferenças conceituais ou de implementação decorrentes de decisões tomadas durante o desenvolvimento do modelo

3 Modelos Quais as etapas da modelagem?» Essencialmente deve-se» caracterizar o sistema na qual o fenômeno se insere» fazer algumas suposições sobre como os vários componentes trabalham e se interagem» traduzir tudo em equações/procedimentos e um programa de simulação» fazer a validação» É muito importante compreender o papel das suposições feitas durante o desenvolvimento do modelo O modelo é bom?» Explica observações passadas?» Prediz observações futuras?» É generalizável?» É fácil de usar?» Consegue estimar o grau de confiança dos resultados?» É simples?

4 Modelos E para que modelar?» Explicitar hipóteses» Avaliar diferentes combinações de eventos» Simular condições inexistentes ou muito raras Há limites para se modelar um fenômeno? Incerteza sobre equações básicas Gravitação Quântica Física de Partículas Reações Químicas Sistemas Vivos Ciências Aplicadas Dinâmica do Sistema Solar Economia Sistemas Sociais Meteorologia Complexidade do fenômeno Mudanças Globais fonte: John Barrow

5 Modelagem Ambiental processos ambientais tridimensionais dinâmicos comportamentos não lineares componentes estocásticos sticos múltiplas escalas de tempo e espaço

6 Modelagem Ambiental Como representar estes processos? >> simplificação <<

7 Modelagem Ambiental Classificação determinístico ou estocástico baseado X em processos modelo ou Yempírico contínuo * X ou discreto modelo * * *** *** ** pontual ou distribuído Y estático ou dinâmico t t

8 Ciclo Hidrológico chuva evaporação Rocha

9 Ciclo Hidrológico chuva escoamento superficial infiltração Rocha

10 Ciclo Hidrológico lençol freático Rocha

11 Ciclo Hidrológico chuva evaporação (interceptação) infiltração escoamento superficial percolação lençol freático rocha

12 Ciclo Hidrológico gás carbônico fotossíntese água gás carbônico água estômato

13 Ciclo Hidrológico chuva transpiração evaporação (interceptação) evapotranspiração evaporação infiltração escoamento superficial percolação fluxo ascendente lençol freático escoamento sub-superficial rocha

14 Modelo Hidrológico tempo t tempo t+1? V t+1 = V t + E t - S t

15 Modelo Hidrológico tempo t tempo t+1 V t+1 = V t + E t - S t

16 Modelo Hidrológico Distribuído chuva quanto? para onde? em quanto tempo?

17 Bacia Hidrográfica unidade hidrológica delimitada pelos divisores de água supõe-se um único ponto de saída (divisores de água superficial = subsuperficial) mas como estudar os processos hidrológicos dentro de uma bacia? Discretização Espacial

18 Discretização em Sub-bacias bacias 3 1 Sub1 2 Sub2 represa 4 Sub4 Sub3 saída

19 Discretização em Grade Regular fácil representação e manipulação topologia implícita correspondência com dados matriciais

20 Dinâmica de Água no Solo ψ profundidade do solo 0 lençol freático θ s θ r K s

21 Dinâmica de Água no Solo q v ψ 0 q v profundidade do solo lençol freático q v

22 Dinâmica de Água no Solo ψ 0 profundidade do solo lençol freático

23 Discretização em Grade Regular fácil representação e manipulação topologia implícita correspondência com dados matriciais P E int ψ 0 IAF P l profundidade do solo lençol freático z s = 0? es s n qs i-1 ei K in ET U 1 s z s > z r? qv U/U n ess qs i+1 U 2 qv U/S qv U/S ex ql i-1 S 2 S 1 ql i+1

24 TM 543 / 2001 SRTM

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26 área de contribuição limiar = 500 limiar = 50 limiar = 5

27 Elevação (m) A 60 C B Dist. Euclidiana Dist. a Drenagem mais próxima

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29 Altura (m) DEM HAND

30 m TM SRTM HAND 0 m HAND 3 classes HAND 4 classes (+ declividade)

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34 SRTM x Desmatamento