SOFTWARE PARA CÁLCULO DE REGIONALIZAÇÃO DE PARÂMETROS HIDROLÓGICOS EM BACIAS DO ESTADO DO PARANÁ

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1 SOFTWARE PARA CÁLCULO DE REGIONALIZAÇÃO DE PARÂMETROS HIDROLÓGICOS EM BACIAS DO ESTADO DO PARANÁ João Paulo Jankowski Saboia 1 * & Nicolás Lopardo 2 Resumo Este trabalho apresenta um sistema de geração de variáveis hidrológicas para qualquer região do estado do Paraná software Regionaliza Trata-se da consolidação de diversos trabalhos anteriores de regionalização (projeto HG-171, essencialmente) executados pelos Institutos Lactec sob demanda de empresas paranaenses, entre elas Copel e Sanepar. Em 2012, a Sanepar solicitou a atualização do programa de regionalização de vazões (produto do projeto HG-171) e o resultado deste projeto foi o software Regionaliza O software foi desenvolvido em Python, o que permite a execução do mesmo código em qualquer sistema operacional (Windows, Linux, Mac OS, etc.). Resumidamente, o usuário informa a localização da exutória de uma bacia de interesse e o programa retorna o contorno da bacia à montante e diversos resultados: curvas de permanência, vazões máximas, vazões mínimas, número de dias sem chuva, curva de regularização intra-anual, hidrograma de cheias, tempo de recessão, entre outros. Apesar de toda regionalização possuir limitações, o software atual se apresenta como uma ferramenta de uso fácil e de grande aplicação para o estado do Paraná, sendo utilizado atualmente pela Sanepar para estimativas de parâmetros hidrológicos em regiões com poucas séries de dados de vazões, principalmente pequenas bacias. Palavras-Chave Regionalização, Software, Hidrologia. SOFTWARE FOR HYDROLOGICAL REGIONALIZATION IN PARANÁ STATE BASINS Abstract This work shows a hydrological regionalization system for Paraná state software Regionaliza It is a compilation and improvements of earlier regionalizations works executed by Institutos Lactec (HG-171 project, essentially) demanded by Copel and Sanepar. In 2012, Sanepar required an update of a regionalization program (HG-171 product) and this result in the software Regionaliza The development was done in Python, what allows the execution of the source code in many operations systems (Windows, Linux, Mac OS, etc.) whitout modifications. In brief, the user passes the coordinates of the ending of the basin and the software returns the basin contour and many hydrological products: permanence curve, maximum and minimum streamflow, days without rain, intra-annual regularization, flood hydrogram, streamflow depletion, among others. Although every regionalization has limitations, this software is seeing as an easy tool and largely applicated to the Paraná state, nowadays being used by Sanepar in order to estimate hydrological parameters in regions with poor hydrological datasets, especially small basins. Keywords Regionalization, Software, Hydrology. 1 2 Afiliação: Institutos Lactec, joao.saboia@lactec.org.br*. Afiliação: Sanepar. nlopardo@sanepar.com.br. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO O dimensionamento de redes de água, esgoto, estações de tratamento, usinas hidrelétricas, entre outros tipos de projetos relacionados a recursos hídricos, requer cálculo de parâmetros hidrológicos que demandam séries longas de vazões. Para que os projetos sejam mais efetivos é fundamental que as séries contemplem um bom número de eventos extremos e forneçam valores confiáveis de vazões mínimas e/ou máximas para diferentes tempos de retorno. Entretanto, a rede fluviométrica brasileira sequer contempla todos os rios brasileiros. A rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas do Brasil monitora apenas cerca de 2176 dos rios cadastrados no Sistema de Informações Hidrológicas (ANA, 2015). Nestas condições, para muitas localidades não é possível obter estimativas de variáveis hidrológicas a partir de medições diretas. Assim, técnicas de regionalização de variáveis hidrológicas se fazem necessárias em diversos projetos de dimensionamento, como os já citados. Inserido deste contexto, este trabalho apresenta o software Regionaliza 2014, capaz de produzir alguns parâmetros hidrológicos para qualquer região do estado do Paraná. É resultado da consolidação e aprimoramento de trabalhos anteriores de regionalização (em especial do projeto HG-171, Kaviski et al., (2002)) executados pelos Institutos Lactec sob demanda de empresas paranaenses, entre elas Copel e Sanepar. Em 2012, a Sanepar solicitou a atualização do programa de regionalização de vazões e o resultado deste projeto foi o software Regionaliza ORGANIZAÇÃO DO SOFTWARE O software foi desenvolvido em Python 2.7. Por ser uma linguagem interpretada, é possível que o mesmo código fonte seja executado em diferentes sistemas operacionais (como Windows, Linux, Mac OS, etc.). A proposta principal para a elaboração do programa é que o usuário fosse capaz de, apenas informando a localização da exutória de uma bacia de interesse, obter o contorno da bacia à montante e diversos resultados: curvas de permanência, vazões máximas, vazões mínimas, número de dias sem chuva, curva de regularização intra-anual, hidrograma de cheias, tempo de recessão, entre outros. O conteúdo do programa está dividido em cinco abas: Bacia, Dados da bacia, Principal, Gráficos e Recessão. ABA BACIA A aba inicial mostra as opções as disponíveis para o usuário informar a bacia a qual serão calculados os parâmetros hidrológicos (ver Figura 1). Com os botões Obter bacia com arquivo shapefile e Obter bacia com arquivo ASCII é possível escolher um arquivo nos formatos shapefile e ASCII (arquivo texto um par de coordenadas em cada linha e separadas por tabulação). Se preferir, também o próprio programa pode fornecer o conteúdo da bacia, desde que o usuário aponte no mapa um ponto próximo à exutória da bacia ou digite o par de coordenadas deste ponto nas caixas Lon (bac) e Lat (bac). Uma vez escolhida esta opção e utilizando o botão Obter bacia pela coordenada indicada, o programa mostrará a bacia na tela, indicando também os XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 rios, coordenada da exutória e do centroide. Caso seja necessário, o usuário também pode corrigir a coordenada da exutória com o botão Indicar/corrigir posição da exutória. ABA DADOS DA BACIA Figura 1 Aba Bacia A segunda aba mostra dados básicos da bacia e é ilustrada aqui pela Figura 2. Apresenta algumas das coordenadas já mostradas na primeira aba, além da área e altitude média. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 Figura 2 Aba Dados da bacia Outra função desta aba é carregar dados de uma estação existente. Estes dados não são fundamentais para o cálculo da regionalização, mas podem ser utilizados para melhorar o resultado inicial de alguns produtos. ABA PRINCIPAL Na terceira aba (Figura 3), é iniciado o processo de regionalização. Para a determinação da curva de permanência de vazões médias diárias, são apresentadas as seguintes distribuições: Exponencial, Log-logística, Weibull, Lomax, Log-Pearson tipo III, Log-Gumbel, Log-normal a dois parâmetros, Log-normal a três parâmetros e GEV (Generalized Extreme Value). Além disso, é possível deixar que o próprio programa escolha uma distribuição para realizar o ajuste, optando pelas opções Automático ou Automático vazões mínimas. As opções de escolha automática foram preparadas a partir de testes preliminares que indicaram, para cada região do Paraná, quais distribuições geram melhores resultados para minimizar o erro quadrático médio da curva de permanência completa (opção Automático ) ou para minimizar o erro apenas das vazões menores (acima de 70% da curva de permanência). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 Figura 3 Aba Principal Há três opções para a determinação do tempo de recessão: altimetria, declividade e geral. Os dois primeiros utilizam características de solo e altimetria/declividade, enquanto que o terceiro utiliza uma equação geral para o estado. Detalhes sobre a metodologia de determinação do tempo de recessão estão em Kan et al. (2014). É possível também deixar que o próprio programa escolha a opção mais adequada com base em testes preliminares. É possível realizar várias rodadas de uma só vez, preparando um arquivo com informações da bacia e as configurações de curva de permanência e tipo de análise de recessão. O polígono da bacia, já delimitado com o procedimento anteriormente explicado (executado primeira aba do programa), pode ser exportado para o formato shapefile ou ascii, com os respectivos botões Exportar polígono da bacia (.shp) e Exportar polígono da bacia (ASCII). Um relatório (formato pdf) da última rodada pode ser aberto (botão Abrir relatório ) e os resultados podem ser exportados para algum outro diretório (botão Exportar resultados ). ABA GRÁFICOS A quarta aba (Figura 4) serve para visualização de resultados. Os gráficos apresentados são sempre os da última rodada, que são gravados no diretório saida. Caso o usuário já tenha salvado resultados de outras rodadas em diferentes diretórios, ele pode visualizá-los nesta aba, alterando o diretório de carregamento de arquivos com o botão Alterar diretório. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 4 Aba Gráficos ABA RECESSÃO Uma vez carregada a bacia, o usuário pode também realizar apenas a análise de recessão, na aba Recessão (Figura 5). Informando uma vazão inicial e o número de dias, é possível visualizar o gráfico da recessão. Também é possível calcular o valor da vazão para um dia específico, após o início do período de recessão. Nesta aba, também podem ser visualizados os valores correspondentes a cada uma das classes de parâmetros da análise de recessão. Essas classes foram definidas durante a definição da metodologia de análise de recessão, durante o projeto e mais detalhes podem ser obtidos em Kan et al. (2014). XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Figura 5 Aba Recessão CONCLUSÕES O software desenvolvido mostrou-se uma evolução da versão anteriormente construída na época do projeto HG-171. É uma ferramenta de uso fácil e pode ser utilizada em diversos sistemas operacionais, desde que instalados os compiladores e pacotes Python (todos de fácil acesso e com versões necessárias para ambiente Windows disponibilizadas dentro diretório do programa). Como já mencionado, o foco deste trabalho é a apresentação do software. Detalhes sobre os métodos de cálculo de regionalização dos diferentes parâmetros fornecidos pelo programa podem ser verificados em Kan et al. (2014), Kaviski et al. (2002), Saboia et al. (2014) e demais relatórios técnicos dos projetos referentes às publicações mencionadas. REFERÊNCIAS ANA. (2015). Agência Nacional de Águas. Sistema de Informações Hidrológicas. Disponível em: Acesso em: 28 de mai KAN, A.; SABOIA, J. P. J.; LIPSKI, B.; GIBERTONI, R. F. C.; DARU, R. L.; ARAÚJO, A. M. F. (2014). Vazões de estiagem regionalização do coeficiente de depleção (Relatório Final). LACTEC, Curitiba, 143 p. KAVISKI, E.; ROHN, M. C.; MAZER, W. E.; KUWANO, C. H.; DE OLIVEIRA, M. F., SCREMIN, H. L. (2002) Atualização do método de Regionalização do Projeto HG-77 (Relatório Técnico). LACTEC, Curitiba, v. 3, 66 p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 SABOIA, J. P. J.; GIBERTONI, R. F. C.; KAN, A.; DARU, R. D. (2014). Metodologia de Regionalização (Relatório Técnico). LACTEC, Curitiba, v. 4, 103 p. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8