Modelagem e Simulação hidrológica

1. Modelagem e Simulação hidrológica Organização Carlos Ruberto Fragoso Júnior

2. MODELAGEM E SIMULAÇÃO HIDROLÓGICA • Horário: terças 15:20 até 18:00 • Local: Sala do Mestrado do PPGRHS • Disciplina Eletiva

3. Objetivo • Compreender os processos físicos, químicos e biológicos e sua interação em sistemas hídricos para permitir lançar bases para a simulação e comparação de cenários que, por sua vez, subsidiam tomadas de decisão racionais. Estes modelos são aplicados a diferentes usos dos recursos hídricos

4. Professor • Carlos Ruberto Fragoso Júnior

5. Programa • 1. Introdução à gestão do ambiente e Conceitos Básicos de Modelos • 2. Fundamentos da modelagem • 3. Otimização de parâmetros • 4. Escoamento • 5. Modelos Conceituais • 6. Tópicos especiais

6. Programa • As aulas serão distribuídas de acordo com a programação apresentada na tabela abaixo, sujeita a alteração de acordo com imprevistos que possam ocorrer durante o semestre. Qualquer alteração será comunicada com antecedência aos alunos. • Todo material da disciplina será disponibilizado através da página da disciplina em: • www.ctec.ufal.br/professor/crfj

7. Programa

8. Bibliografia • - TUCCI, C.E.M. Modelos Hidrológicos. Editora da UFRGS ABRH 652p • - Tucci, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação • - 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 Forecasting • - Maidment – Handbook of Hydrology • - Righetto, A. M. – Hidrologia e Recursos Hídricos • - Coleção ABRH – Modelos para gerenciamento de recursos Hídricos

9. Bibliografia • Chapra e Canale – Numerical Methods for Engineers • Chapra – Surface Water Quality Modeling • Wagener, Wheater, Gupta - Rainfall-runoff modelling in gauged and ungauged catchments • Physical Hydrology (Dingman) • Hydrology: An Introduction - Brutsaert • Singh, V.P.; ed. Computer models of watershed hydrology. Highlands Ranch, Colorado, Water Resources Publ., 1995.

10. Bibliografia • 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) • 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.

11. Avaliação • Os conceitos serão obtidos pela média de duas provas e por um artigo individual opcional. A recuperação será de todo o conteúdo do curso. A prova de recuperação é para alunos que faltarem uma prova por qualquer razão e para alunos que desejarem melhorar o seu conceito. • Não haverá recuperação para alunos que faltarem esta última prova por qualquer razão. • Avaliação: 2 provas, cada uma com parte teórica e prática, e um trabalho. As provas definem aprovação ou reprovação. O trabalho pode modificar o conceito. • O aluno de mestrado que obtiver conceito inferior a “D” estará na final. • O aluno da graduação que obtiver média inferior a 7,0 estará na final. • O aluno de mestrado precisa pelo menos de um conceito “C” para aprovação

12. Avaliação

13. Artigo • O artigo é individual é opcional e deverá ser definido pelo aluno e terá peso de 35% no conceito ou média final. • O conteúdo do artigo poderá versar sobre temas abordados na disciplina ou outro proposto pelo aluno e aceito pelo professor. • O artigo é individual de responsabilidade do aluno de mestrado do PPGRHS. • Os alunos de graduação poderão ser colaboradores dos alunos de mestrado • O prazo de entrega é na última aula (apresentação e escrito). • Se por acaso, o aluno estiver na final, ele poderá optar em apresentar o artigo como forma de avaliação final da disciplina.

14. 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. • Idéias dos alunos.

15. Outras idéias para trabalhos • 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 • O uso de satélites para estimativa da precipitação: como pode complementar a rede pluviométrica e suas falhas? • 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. • Otimização multi-objetivo de diferentes modelos: hidrológico, qualidade da água, sedimentos e outros • Integração de SIG com modelos – Como organizar?

16. Outras idéias para trabalhos • Escalas dos processos hidrológicos e sua representação pelos modelos • 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. • 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.

17. Outras idéias para trabalhos • Estimativa do volume de áreas de inundação na propagação no Pantanal • 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

18. Tarefas adicionais • Cada aluno escolhe um modelo chuva-vazão para descrever • Trazer artigos descrevendo o modelo • Cópias para os colegas • Sugestões • IHACRES • SMAP • TOPMODEL • HYMOD

19. Experiência uso de modelos • IPHS1 for Windows (download na internet) • IPH2 versão didática para Windows (Juan Martin Bravo) • Exemplos de aplicações • Exemplos de problemas de calibração • Computadores? • Provas práticas podem ser um pouco trabalhosas.

20. Internet • Programa está na Internet • http://www.ctec.ufal.br/professor/crfj • Entre em pós-graduação e depois em Simulação