Seminário sobre Recursos Hídricos e Agricultura. 2 de outubro de 2013

Transcrição

1 Seminário sobre Recursos Hídricos e Agricultura 2 de outubro de 2013

2 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas aplicações e Prof. Samuel Beskow

3 Recursos hídricos e agricultura 3

4 Cenário atual de recursos hídricos 4

5 Consequências das ações antrópicas 5

6 Gestão de recursos hídricos 6 Fonte: Unesco* *Agência Nacional de Águas O Comitê de Bacia Hidrográfica: o que é e o que faz? Brasília: SAG. 64p.

7 Recursos hídricos x Hidrologia x Modelagem Hidrologia Ciência Estudar processos hidrológicos Fenômenos naturais Ciclo hidrológico Descrever passado Complexos Vários fatores envolvidos; Dificulta a análise quantitativa e qualitativa; Fazer previsões Modelo 7

8 Conceitos aplicados à modelagem Sistema Fenômeno Variável Parâmetro Terminologia Modelo Simulação 8

9 Conceitos aplicados à modelagem Bacia hidrográfica Modelo hidrológico Sistema natural de interesse Necessidad e: Objetivo do monitoramento Monitoramento 9

10 Sistema de Informações Geográficas (SIG) Fonte: Adaptado de Singh & Fiorentino (1996) Integração SIG e Hidrologia: natural (Singh e Fiorentino, 1996); Fonte: Singh & Fiorentino (1996) 10 Singh, V. S.; Fiorentino, M Academic Publishers. Geographical Information Systems in Hydrology. Dordrecht: Kluwer

11 Etapas para modelagem hidrológica Definição Bacia hidrográfica; Problemas; Monitoramento Processos hidrológicos; Modelagem Modelo; 11 Avançar Simulação Tomada de decisões; Gestão;

12 Etapas (Definição) 12 Voltar

13 Etapas (monitoramento) 13 Voltar

14 Etapas (modelagem) Escolha do ambiente de programação e ferramentas Definição dos problemas a serem resolvidos Estruturação de algoritmos apropriados para o local de interesse Entendimento dos processos hidrológicos Avaliação de cada etapa desenvolvida Modelo hidrológico Análise das variáveis que influenciam 14 Voltar

15 Etapas (simulação) 15 Voltar

16 Reflexão (Beven, 2001; Tucci, 2005) Por que usar um modelo hidrológico se é possível medir variáveis hidrológicas? 16 Tucci, C. E. M Modelos hidrológicos. 2 ed. Porto Alegre: Editora da UFRGS. Beven, K. J Rainfall-runoff modelling: the primer. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.

17 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; Avançar 17

18 Aplicações da simulação hidrológica: balanço hídrico 18 Voltar Viola, M. R Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado.

19 Aplicações da simulação hidrológica: extensão de séries Série de precipitação (01/01/ /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 Voltar 19

20 Aplicações da simulação hidrológica: estruturas hidráulicas Voltar 20

21 Aplicações da simulação hidrológica: 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 Voltar 21

22 Aplicações da simulação hidrológica: previsão em tempo real Voltar 22

23 Aplicações da simulação hidrológica: modificação de uso do solo e do clima Voltar 23

24 Motivação para modelagem e simulação hidrológica no Brasil 24

25 Dados hidrológicos (ANA): Rio Grande do Sul 25

26 Modelo hidrológico LAvras Simulation of Hydrology (LASH) 26

27 Desenvolvimento da PRIMEIRA VERSÃO Instituições Equipe Programação Samuel Beskow Carlos R. de Mello Marcelo R. Viola Lloyd D. Norton Delphi SIG ArcGIS 27

28 Embasamento teórico do LASH Classificação; 28 Viola, M. R Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado.

29 Embasamento teórico do LASH Divisão da bacia hidrográfica; Balanço hídrico; Componentes simulados. 29 Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M Performance of a distributed semi-conceptual hydrological model under tropical watershed conditions. Catena 86:

30 Mapas Tabelas Dados de entrada do modelo LASH Dados meteorológicos Parâmetros (uso) DEM Uso Solo 30

31 Otimização do LASH para uma bacia Calibração automática Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) (Duan et al., 1992); Seleção de parâmetros. 31 Duan, Q.; Sorooshian, S.; Gupta, V Effective and efficient global optmization for conceptual rainfall-runoff models. Water Resources Research 28(4):

32 Tabelas para exportar Visual Dados de saída do modelo LASH Hidrograma observado Hidrogramas simulados Estatísticas de precisão Hidrograma simulado para cada iteração Parâmetros e estatísticas para cada iteração 32

33 Aplicação para a bacia hidrográfica do Ribeirão Jaguara (Minas Gerais) Fonte: Beskow et al. (2011) 33 Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M Performance of a distributed semi-conceptual hydrological model under tropical watershed conditions. Catena 86:

34 Aplicação para a bacia hidrográfica do Ribeirão Jaguara (Minas Gerais) 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) 34 Beskow, S.; Norton, L. D.; Mello, C. R Hydrological prediction in a tropical watershed dominated by Oxisols using a distributed hydrological model. Water Resources Management 27(2):

35 Desenvolvimento da SEGUNDA VERSÃO Instituições Equipe Samuel Beskow Carlos R. de Mello Marcelo R. Viola Lloyd D. Norton Orientados Programação Delphi SIG ArcGIS Biblioteca OpenGL Zeoslib Firebird Python 35

36 Estrutura de banco de dados da segunda versão do LASH 36

37 Banco de dados (estações de monitoramento) 37

38 Alguns mapas no ambiente do LASH 38

39 Módulo de visualização de resultados 39

40 Módulo do LASH no SIG ArcGIS 40

41 Desafios da modelagem e simulação hidrológica Escala dos processos hidrológicos Desenvolvimento de modelos apropriados para cada situação Calibração de modelos Formação de recursos humanos Avançar 41

42 Escala dos processos hidrológicos Parcela Lavoura ou propriedade Bacia hidrográfica Voltar 42

43 Calibração dos modelos Voltar 43

44 Formação de recursos humanos Voltar 44

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 Fone: (53) ou (53) samuel.beskow@ufpel.edu.br ou samuelbeskow@gmail.com