Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-08-16T14:08:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Alice_Alonzo_Steinmetz_Estimativa_de_cheias_aplicando_a_técnica_de_hidrograma_unitário_com_diferentes_abordagens_de_discretização_espacial.pdf: 7122282 bytes, checksum: aef191b90c4f1b064f63c6126e7c0c2f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T14:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Alice_Alonzo_Steinmetz_Estimativa_de_cheias_aplicando_a_técnica_de_hidrograma_unitário_com_diferentes_abordagens_de_discretização_espacial.pdf: 7122282 bytes, checksum: aef191b90c4f1b064f63c6126e7c0c2f (MD5) Previous issue date: 2017-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A indispensabilidade de preservação dos recursos hídricos estimula os pesquisadores a procurarem uma melhor compreensão quantitativa do ciclo hidrológico. A escassez de monitoramento hidrológico, confrontada com as grandes dimensões das bacias hidrográficas do Brasil, inviabilizam a mensuração da vazão em bacias de pequeno porte, bem como a análise de seu comportamento ao longo de um curso d’água. No tocante à gestão de cheias em bacias hidrográficas, as séries históricas de vazão são fundamentais para entender a resposta da bacia hidrográfica à ocorrência de eventos de chuvas intensas. A necessidade de dados hidrológicos repercute no desenvolvimento de modelos capazes de estimar hidrogramas de escoamento superficial direto (ESD), elemento de maior relevância para a análise de vazões resultantes de eventos extremos de precipitação. Dentre as técnicas de modelagem do ESD, destacam-se a teoria do Hidrograma Unitário (HU) e do Hidrograma Unitário Instantâneo (HUI). O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a aplicabilidade e limitações de modelos de HU sintéticos tradicionalmente empregados na engenharia hidrológica (Triangular-HUT e Adimensional-HUA), além de modelos de HUI conceituais (Nash-HUIN e Clark-HUIC) e de suas versões geomorfológicas (Nash-HUIGN e Clark-HUIGC). Todos os procedimentos relacionados aos modelos de HU e HUI foram conduzidos considerando dois cenários de estudo: modelagem concentrada (cenário 1) e modelagem distribuída (cenário 2). A área de estudo foi a bacia hidrográfica do arroio Cadeia que é uma importante sub-bacia da bacia hidrográfica do arroio Pelotas (BHAP), situada no sul do estado do Rio Grande do Sul. As informações primordiais para a aplicação de tais modelos foram as variáveis topográficas extraídas do modelo digital de elevação e dados temporais de chuva e vazão monitorados na bacia, fazendo uso da rede de monitoramento hidrológico existente na BHAP. Dez eventos chuva-vazão foram analisados e o método do Número da Curva possibilitou estimar a distribuição temporal de precipitações efetivas para ambos os cenários. O processamento computacional constituiu-se da aplicação do software HEC-HMS e da linguagem de programação R para a análise dos modelos de HU e HUI supracitados. Para a calibração dos parâmetros dos modelos, empregou-se o algoritmo Nelder Mead. As principais constatações deste trabalho foram: i) os modelos HUIC e HUIN foram os que tiveram melhor acurácia para estimativa de vazões de pico e dos hidrogramas; ii) as formulações geomorfológicas não são universais e necessitam ser utilizadas com cautela; iii) os modelos ajustados apresentaram desempenho ligeiramente superior quando discretizado por sub-bacia; iv) os modelos que utilizam parâmetros geomorfológicos possuíram melhor desempenho quando aplicada a modelagem concentrada; v) o algoritmo Nelder Mead pode ter aplicação limitada; vi) outros algoritmos devem ser investigados em estudos futuros no intuito de buscar soluções mais adequadas; vii) no cenário 2 foi possível discretizar os parâmetros e relacionar com a realidade hidrológica da bacia em estudo. / The indispensability of preserving water resources encourages researchers to seek a better quantitative understanding of the hydrological cycle. The scarcity of hydrological monitoring in conjunction with the large dimensions of Brazilian watersheds makes it unfeasible to measure stream flow and to analyze its behavior along a watercourse in small-sized watersheds. With regard to flood management in watersheds, historical stream flow series are fundamental to understand the watershed response to the occurrence of heavy rainfall events. The need for hydrological data stimulates the development of models capable of estimating direct surface runoff (DSR) hydrographs, which is the most relevant component when analyzing stream flows originated from extreme rainfall events. Among the techniques available for DSR modeling, the theory of Unit Hydrograph (UH) and Instantaneous Unit Hydrograph (IUH) should be highlighted. The main objective of this study was to evaluate the applicability and limitations of synthetic UH models traditionally used in hydrological engineering (Triangular-TUH and Dimensionless-DUH), conceptual IUH models (Nash-NIUH and Clark-CIUH) and their geomorphological versions (Nash-GNIUH and Clark-GCIUH). All the procedures involving UH and IUH models were carried out taking into account two study scenarios: lumped modeling (scenario 1) and distributed modeling (scenario 2). The study area was the Cadeia river watershed, which is an important subwatershed of the Pelotas river watershed (PRW), located in the south of Rio Grande do Sul State. The main information for the application of such models were topographical variables extracted from digital elevation model and temporal series related to rainfall and stream flow monitored in the watershed, making use of the existing hydrological monitoring network in the PRW. Ten rainfall-runoff events were evaluated and the Curve Number method was used to estimate the temporal distribution of effective rainfalls for both scenarios. The computational processing consisted of the application of both HEC-HMS software and R programming language for analysis of the aforementioned UH and IUH models. Nelder Mead algorithm was employed for calibration of the models’ parameters. The main findings of this study were: i) CIUH and NIUH were the models that had the best accuracy for estimation of peak stream flows and hydrographs; ii) the geomorphological formulations are not universal and need to be used carefully; iii) the adjusted models resulted in slightly superior performance when discretized by sub-basin; iv) the models dependent on geomorphological parameters had better performance when lumped modeling was applied; v) the Nelder Mead algorithm may have limited application; vi) other algorithms should be investigated in future studies in order to seek more adequate solutions; vii) in scenario 2, it was possible to discretize the parameters and relate them to the hydrological reality of the watershed under analysis.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-05-09T17:30:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Aplicabilidade de modelos de hidrograma unitário em bacias hidrográficas hidrologicamente distintas.pdf: 14911634 bytes, checksum: 81a2209820b64f7bee6b4bd3366bfaac (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-05-09T17:31:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Aplicabilidade de modelos de hidrograma unitário em bacias hidrográficas hidrologicamente distintas.pdf: 14911634 bytes, checksum: 81a2209820b64f7bee6b4bd3366bfaac (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2016-05-09T17:31:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Aplicabilidade de modelos de hidrograma unitário em bacias hidrográficas hidrologicamente distintas.pdf: 14911634 bytes, checksum: 81a2209820b64f7bee6b4bd3366bfaac (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T17:32:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Aplicabilidade de modelos de hidrograma unitário em bacias hidrográficas hidrologicamente distintas.pdf: 14911634 bytes, checksum: 81a2209820b64f7bee6b4bd3366bfaac (MD5) Previous issue date: 2015-08-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGS / Eventos extremos de precipitação, combinados com aumento da população, intensificação de atividades agrícolas e uso inadequado do solo, têm culminado em inúmeros problemas relacionados a cheias em bacias hidrográficas. A gestão dos recursos hídricos é considerada bastante desafiadora e o monitoramento hidrológico tem sido uma importante ferramenta. No entanto, o monitoramento hidrológico ainda é um fator limitante de modo que comumente técnicos da área de recursos hídricos se deparam com a ausência de dados no local de interesse. No caso da gestão de cheias em bacias hidrográficas, os dados de vazão são substanciais na compreensão do comportamento hidrológico quando da ocorrência de um evento de chuva intensa. Esta carência de dados hidrológicos tem resultado no desenvolvimento de modelos para estimativa de hidrogramas de escoamento superficial direto (ESD) resultantes de eventos de precipitação. O ESD é o componente mais importante para análise de vazões decorrentes de eventos extremos de chuva. Dentre as técnicas de modelagem de ESD, deve ser destacada a teoria do Hidrograma Unitário (HU) e do Hidrograma Unitário Instantâneo (HUI). O objetivo deste trabalho foi avaliar os modelos de HU Triangular (HUT), HU Adimensional (HUA), HUI de Nash (HUIN), HUI de Clark (HUIC), HUI de Nash Geomorfológico (HUING) e HUI de Clark Geomorfológico (HUICG) para determinação do hidrograma de ESD decorrentes de eventos de precipitação em uma bacia hidrográfica localizada no Rio Grande do Sul e outra em Minas Gerais. As informações básicas para utilização de tais modelos de HU e HUI foram as variáveis topográficas extraídas dos modelos digitais de elevação e dados hidrológicos de cada bacia. Foi estabelecida a curva-chave de cada seção de controle no intuito de converter dados linimétricos em dados de vazões. Com base nos eventos chuva-vazão escolhidos para cada bacia, pôde-se constituir o hietograma de cada evento e o hidrograma correspondente. A separação de escoamento foi realizada usando o método das inflexões, enquanto a determinação das precipitações efetivas (Pe’s) foi realizada pelos métodos do Índice , CN e CN modificado. Foi possível constatar que: i) as suposições da técnica de HU e de HUI foram válidos para a modelagem do hidrograma de ESD para as duas bacias hidrográficas analisadas; ii) houveram diferenças nos hidrogramas de ESD estimados nas duas bacias pelos modelos de HU e HUI empregados; iii) além de ter sido verificado o impacto das diferenças de características fisiográficas entre as bacias, especialmente aquelas vinculadas ao solo, na modelagem de cheias, também foi constatado que a diferença do padrão de chuvas entre as duas regiões exerceu influência na referida modelagem; iv) o método de determinação de Pe exerceu influência significativa sobre os resultados dos diferentes modelos de HU e HUI, especialmente quando da estimativa de vazões de pico; e v) o modelo HUIC foi o que estimou os hidrogramas de ESD para as duas bacias hidrográficas de forma mais satisfatória, seguido do HUIN, sendo que ambos apresentaram substancial superioridade em relação aos modelos de HU tradicionalmente empregados (HUT e HUA) e também aos modelos de HUING e HUICG. / Heavy rainfall events in conjunction with increase in population, intensification of agricultural activities and inappropriate land use, have resulted in countless problems related to floods in watersheds. Water resources management is considered challenging and hydrological monitoring has been a fundamental tool. However, this type of monitoring is a limiting factor such that practitioners and engineers have to commonly deal with the inexistence or lack of information in the site of interest. Streamflow data sets are essential for flood management in watersheds in order to allow the understanding of hydrological behavior due to the occurrence of a heavy rainfall event. Such lack of hydrological data has culminated in the development of models for estimation of direct surface runoff (DSR) hydrographs resulting of rainfall events. DSR is the main component when analyzing stream flows originated from extreme rainfall events. Among the existing techniques available for DSR modeling, it should be highlighted the theory of Unit Hydrograph (UH) and of Instantaneous Unit Hydrograph (IUH). The objective of this study was to evaluate the Triangular UH (TUH), Dimensionless UH (DUH), Nash IUH (NIUH), Clark IUH(CIUH), Geomorphological Nash IUH (GNIUH) and Geomorphological Clark IUH (GCIUH) for estimation of DSR hydrographs resulting of extreme rainfall events in a watershed situated in Rio Grande do Sul State and another located in Minas Gerais State. The basic information for use of the aforementioned UH and IUH models were topographical variables extracted from digital elevation models and hydrological data (rainfall and water level). The stage-discharge rating curve of each outlet was obtained in order to convert water levels into streamflow records. Based on the rainfall-streamflow events, which were chosen for each watershed, it was possible to develop the hyetograph of each event and the corresponding hydrograph. DSR separation was performed through the inflexion method, while the determination of effective rainfalls (Pe’s) was done by means of the methods known as  index, CN and Modified CN. The main results and conclusions were: i) the suppositions of UH and IUH were valid for DSR modeling in the studied watersheds; ii) differences among DSR hydrographs estimated by the different models of UH and IUH were found; iii) there was impact of the differences in physiographical characteristics between watersheds, especially those parameters associated with soil, on flood modeling, and it was also observed that the difference in the rainfall patters between watersheds exerted influence on flood modeling; iv) the method for determination of Pe had substantial influence on the results obtained through the different UH and IUH models, especially when analyzing the estimation of peak stream flows; and v) CIUH was the most satisfactory model to estimate DSR hydrographs for the watersheds, followed by NIUH, and both presented substantial superiority in relation to the UH models, which are traditionally employed (TUH and DUH), and to the GNIUH and GCIUH.