Nos últimos anos os modelos hidrológicos distribuídos vêm ganhando espaço por permitirem que a variabilidade espacial das características das bacias hidrográficas seja incorporada no processo de transformação chuva-vazão. Porém, devido a essa capacidade, os modelos distribuídos tendem a ser matematicamente complexos, impondo que muitos parâmetros sejam medidos ou estimados. Apesar de a literatura apresentar diversos trabalhos que tentem verificar o nível de detalhamento mais adequado à representação dos diversos sistemas, as conclusões são contraditórias, mostrando que há necessidade de estudos mais aprofundados. O presente trabalho propõe e avalia diferentes níveis de detalhamento na representação da bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, na cidade de São Carlos, SP, submetida aos processos hidrológicos intervenientes na transformação chuva-vazão, empregando o modelo hidrológico Storm Water Management Model - SWMM. A calibração dos eventos, necessária a adequação dos parâmetros do modelo, utilizou como ferramenta os algoritmos genéticos, produzindo resultados satisfatórios, com coeficientes de eficiência de Nash e Sutfliffe (1970) entre 0,74 e 0,87, variáveis de evento para evento. De uma forma geral, os resultados obtidos com a análise dos diferentes níveis de detalhe evidenciaram a importância da consideração da micro-drenagem na representação dos sistemas. Para os eventos mais freqüentes submetidos à análise quanto maior o detalhe imposto na representação da bacia, maior a velocidade de escoamento resultante da baixa rugosidade das galerias pluviais, e, portanto, maiores vazões de pico foram encontradas. Os resultados ressaltaram também a influência das áreas impermeáveis sobre os hidrogramas, ratificando a importância da determinação criteriosa desse parâmetro. / For the last years, the distributed hydrological models have been recognized by allowing the incorporation of the spatial variability of catchment characteristics for rainfall-runoff simulation. However, due to this ability, the distributed models tend to be mathematically complex and to require many parameters to be measured or estimated. Although the literature presents several works that attempt to ascertain the level of discretization more appropriate to represent the various systems, the results are contradictory, showing the need for further studies. This work proposes and evaluates different levels of representation of the watershed of the Gregory Creek in the city of São Carlos, SP, under rainfall-runoff simulation, by applying the hydrologic model Storm Water Management Model - SWMM. The calibration of the events, needed to adequacy the model parameters, used as tool the genetic algorithm, producing satisfactory results, with values of Nash and Sutcliffe (1970) efficiency coefficients ranging between 0,74 and 0,87, varying from event to event . In general, the results showed the importance of considering the micro-drainage in the systems representation. For more frequent events, by increasing the level of catchment representation, the velocity of flow became greater, resulted from the low roughness of the conduits, and, therefore, higher peak flows rates were found. The results also emphasized the influence of the impervious areas on the hydrographs, confirming the great importance of careful determination of this parameter.

A modelagem hidrológica quando associada aos recursos do sensoriamento remoto e do geoprocessamento torna-se uma ferramenta importante, pois é capaz de estabelecer diferentes cenários da cobertura e do uso da terra e suas implicações na drenagem urbana, auxiliando no planejamento urbano. Entretanto, a relação entre o modelo chuva x vazão e tais técnicas, com finalidade de avaliar classificadores de imagens a partir de hidrogramas de cheia não foi encontrada na literatura, tornando esse o objetivo principal desta tese. Para isso, foram utilizadas três imagens de satélite de diferentes resoluções espaciais (0,5m, 5m e 15m) e três algoritmos classificadores (Máxima Verossimilhança, Máquinas Vetores Suporte e Análise Orientada a Objeto) e formados conjuntos denominado \"classificador-imagem\" para classificação da cobertura e do uso da terra. As áreas das classes dos usos da terra de cada conjunto \"classificador-imagem\" e os valores de Curve Number foram os principais dados de entrada do modelo chuva-vazão NRCS, que permitiu gerar os hidrogramas de cheia para cada caso. Os hidrogramas simulados foram comparados aos hidrogramas observados na bacia e avaliados, quanto a sua representatividade, pelo coeficiente de Nash Sutcliffe. As classificações do uso da terra foram avaliadas pelo Índice Kappa, com valores de 0,58 a 0,99 e pela Exatidão Global, com valores de 0,64 a 0,99. Para as vazões, o coeficiente de Nash Sutcliffe foi considerado satisfatório (NS<0,50) em duas simulações e, nas demais simulações, considerado muito bom (NS>0,75). Para fornecer subsídio a tomada de decisão, foi realizada uma análise multicritério dos conjuntos classificador-imagem, que permitiu classificar os conjuntos com maior desempenho: 1°) o classificador SVM e a imagem Landsat-8; 2°) o classificador MaxVer e a imagem WordView-II; 3°) o classificador NN e a imagem RapidEye. / Hydrological modeling when associated with remote sensing and geoprocessing resources becomes an important tool, because it is able to establish different land use scenarios and its implications for urban drainage, assisting in urban planning. However, the relationship between the routing model and such techniques, for purpose to evaluate images classifiers from the runoff hydrograph was not found in the literature, making this the main objective of this thesis. Thereunto, three satellite images were used in different spatial resolutions (0.5m, 5m and 15m) and three algorithms classifiers (Maximum Likelihood, Support Vector Machine and Oriented Object Analysis) and composed sets called \"classifier-image\" for the land use classification. The areas of the land use classes of each set \"classifier-image\" and the Curve Number values were the main input of the routing model NRCS, which allowed generating the runoff hydrograph for each case. The simulated hydrographs were compared to the observed hydrograph in the basin and evaluated their representativeness through the Nash Sutcliffe coefficient. Kappa Index was calculated to evaluate land use classifications, with values between 0.58 to 0.99 and Global accuracy between 0.64 to 0.99. Towards the flows rates, the Nash Sutcliffe coefficient was considered satisfactory for two simulations (NS<0,50) and, to other simulations, considered very good (NS>0,75). To provide subsidy to decision-making, it carried out a multi-criteria analysis of the classifier-image sets, that allowed to classify the set with higher performance: 1) SVM classifier and Landsat-8 image; 2) MaxVer classifier and WorldView-II image; 3) NN classifier and RapidEye image.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gisele Gollin 2015.pdf: 3252968 bytes, checksum: 739819d25020783e08e374315f3e2ee1 (MD5) Previous issue date: 2015-08-20 / This study aims to estimate hydric availability in Piquiri River basin based on the historical flow series and precipitation from 1980 to 2010 in order to associate them to the rainfall estimates provided by Eta, a regional weather model, until 2098. The series of annual minimum flows (Q7) and minimum of seven-day flows with a registering period of ten years (Q7,10) were submitted to statistical analysis to identify the probabilistic model that best fitted the data for each station. Thus, in order to obtain the retention curve, a procedure was carried out based on the obtained frequency classes. The average values of annual rainfall, precipitation of the driest quarter, precipitation of the wettest quarter, precipitation of the driest semester and precipitation of the wettest quarter of the basin were determined using the IDW interpolation method using a geographic information system (SIG). From all precipitation and flow obtained values, regressions were performed among (Q7), (Q7,10), (Q 90%), (Q 95%) flows and rainfalls (total annual, the driest quarter, the wettest quarter, the driest semester and the wettest semester) associated with the drainage area. Standard statistical tests were carried out to assure the quality of the generated model.For estimates of future flows, it was necessary to obtain data of future annual rainfall, simulated by the weather model Eta, from 2010 to 2098, which were provided by the Weather Forecasting and Climate Studies Center (CPTEC/INPE). The independent variable that best corresponds to the proposed standards during the study was the total annual rainfall in order to define the rainfall-runoff basin model. According to the future data of annual rainfall and drainage area, through the rainfall-runoff model, it was possible to obtain estimates of future minimum flows and carry out the trend analysis of time series with the series of future flow estimates. Therefore, a simple linear filter was used for smoothing the data series. It was not possible to find a pattern of rainfall related to the driest and wettest months in Piquiri River basin. Multiple linear model fitted best to the data, whose coefficient of determination (R)2was 0.67. The charts concerning generated trend analysis showed little increase in total annual rainfall index, simulated for the future in the studied region, when compared to the historical series. It was also observed that both members of the Eta model showed similar results. The values of minimum flows estimated for the future have provided to the basin an area without water deficit under natural conditions / O objetivo deste trabalho foi estimar a disponibilidade hídrica na bacia hidrográfica do Rio Piquiri por meio das séries históricas de vazão e precipitação no período de 1980 2010 e relacioná-las com as estimativas de precipitação fornecidas pelo modelo climático regional Eta até o ano de 2098. As séries de vazões mínimas anuais (Q7) e vazões mínimas com sete dias de duração com um período de retorno de dez anos (Q7,10) para cada estação foram submetidas à análise estatística, para identificar o modelo probabilístico que melhor se ajustasse aos dados. Para a obtenção da curva de permanência, realizou-se o procedimento baseado na obtenção de classes de frequência. Os valores da média de precipitação anual, precipitação do trimestre mais seco, precipitação do trimestre mais chuvoso, precipitação do semestre mais seco e precipitação do semestre mais chuvoso sobre a bacia foram determinados utilizando o método de interpolação IDW por um sistema de informação geográfica (SIG). A partir de todos os valores de precipitação e vazão encontrados, foram realizadas as regressões entre as vazões (Q7), a (Q7,10), a (Q 90%), a (Q 95%) e as precipitações (total anual, trimestre mais seco, trimestre mais chuvoso, semestre mais seco e semestre mais chuvoso) juntamente com a área de drenagem. Foram realizados testes estatísticos padrão para comprovar a qualidade do modelo gerado. Para a estimativas de vazões futuras, foi necessário obter os dados de precipitação total anual futuros simulados pelo modelo climático Eta, para o período de 2010 a 2098, os quais foram fornecidos pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE).A variável explicativa que melhor correspondeu aos padrões propostos durante o estudo para definir o modelo chuva-vazão da bacia foi a precipitação total anual. De posse dos dados futuros de precipitação total anual e área de drenagem, através do modelo chuva-vazão, foram obtidas as estimativas de vazões mínimas futuras e realizada a análise de tendência da série histórica juntamente com a série de estimativas de vazão futura. Para tanto, empregou-se um filtro linear simples para a suavização da série de dados. Não foi possível encontrar um padrão de pluviosidade em relação aos meses mais secos e mais chuvosos na bacia hidrográfica do rio Piquiri. O modelo linear múltiplo foi o que melhor se ajustou aos dados, cujo coeficiente de determinação (R)2foi igual a 0,67. Os gráficos de análise de tendência gerados indicaram pequeno aumento no índice de precipitação total anual simulado para o futuro na região estudada, em comparação à série histórica, e observouseque os dois membros do modelo Eta apresentaram resultados semelhantes. Os valores de vazões mínimas, estimados para o futuro, conferem à bacia uma área sem restrições hídricas em condições naturais.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gisele Gollin 2015.pdf: 3252968 bytes, checksum: 739819d25020783e08e374315f3e2ee1 (MD5) Previous issue date: 2015-08-20 / This study aims to estimate hydric availability in Piquiri River basin based on the historical flow series and precipitation from 1980 to 2010 in order to associate them to the rainfall estimates provided by Eta, a regional weather model, until 2098. The series of annual minimum flows (Q7) and minimum of seven-day flows with a registering period of ten years (Q7,10) were submitted to statistical analysis to identify the probabilistic model that best fitted the data for each station. Thus, in order to obtain the retention curve, a procedure was carried out based on the obtained frequency classes. The average values of annual rainfall, precipitation of the driest quarter, precipitation of the wettest quarter, precipitation of the driest semester and precipitation of the wettest quarter of the basin were determined using the IDW interpolation method using a geographic information system (SIG). From all precipitation and flow obtained values, regressions were performed among (Q7), (Q7,10), (Q 90%), (Q 95%) flows and rainfalls (total annual, the driest quarter, the wettest quarter, the driest semester and the wettest semester) associated with the drainage area. Standard statistical tests were carried out to assure the quality of the generated model.For estimates of future flows, it was necessary to obtain data of future annual rainfall, simulated by the weather model Eta, from 2010 to 2098, which were provided by the Weather Forecasting and Climate Studies Center (CPTEC/INPE). The independent variable that best corresponds to the proposed standards during the study was the total annual rainfall in order to define the rainfall-runoff basin model. According to the future data of annual rainfall and drainage area, through the rainfall-runoff model, it was possible to obtain estimates of future minimum flows and carry out the trend analysis of time series with the series of future flow estimates. Therefore, a simple linear filter was used for smoothing the data series. It was not possible to find a pattern of rainfall related to the driest and wettest months in Piquiri River basin. Multiple linear model fitted best to the data, whose coefficient of determination (R)2was 0.67. The charts concerning generated trend analysis showed little increase in total annual rainfall index, simulated for the future in the studied region, when compared to the historical series. It was also observed that both members of the Eta model showed similar results. The values of minimum flows estimated for the future have provided to the basin an area without water deficit under natural conditions / O objetivo deste trabalho foi estimar a disponibilidade hídrica na bacia hidrográfica do Rio Piquiri por meio das séries históricas de vazão e precipitação no período de 1980 2010 e relacioná-las com as estimativas de precipitação fornecidas pelo modelo climático regional Eta até o ano de 2098. As séries de vazões mínimas anuais (Q7) e vazões mínimas com sete dias de duração com um período de retorno de dez anos (Q7,10) para cada estação foram submetidas à análise estatística, para identificar o modelo probabilístico que melhor se ajustasse aos dados. Para a obtenção da curva de permanência, realizou-se o procedimento baseado na obtenção de classes de frequência. Os valores da média de precipitação anual, precipitação do trimestre mais seco, precipitação do trimestre mais chuvoso, precipitação do semestre mais seco e precipitação do semestre mais chuvoso sobre a bacia foram determinados utilizando o método de interpolação IDW por um sistema de informação geográfica (SIG). A partir de todos os valores de precipitação e vazão encontrados, foram realizadas as regressões entre as vazões (Q7), a (Q7,10), a (Q 90%), a (Q 95%) e as precipitações (total anual, trimestre mais seco, trimestre mais chuvoso, semestre mais seco e semestre mais chuvoso) juntamente com a área de drenagem. Foram realizados testes estatísticos padrão para comprovar a qualidade do modelo gerado. Para a estimativas de vazões futuras, foi necessário obter os dados de precipitação total anual futuros simulados pelo modelo climático Eta, para o período de 2010 a 2098, os quais foram fornecidos pelo Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE).A variável explicativa que melhor correspondeu aos padrões propostos durante o estudo para definir o modelo chuva-vazão da bacia foi a precipitação total anual. De posse dos dados futuros de precipitação total anual e área de drenagem, através do modelo chuva-vazão, foram obtidas as estimativas de vazões mínimas futuras e realizada a análise de tendência da série histórica juntamente com a série de estimativas de vazão futura. Para tanto, empregou-se um filtro linear simples para a suavização da série de dados. Não foi possível encontrar um padrão de pluviosidade em relação aos meses mais secos e mais chuvosos na bacia hidrográfica do rio Piquiri. O modelo linear múltiplo foi o que melhor se ajustou aos dados, cujo coeficiente de determinação (R)2foi igual a 0,67. Os gráficos de análise de tendência gerados indicaram pequeno aumento no índice de precipitação total anual simulado para o futuro na região estudada, em comparação à série histórica, e observouseque os dois membros do modelo Eta apresentaram resultados semelhantes. Os valores de vazões mínimas, estimados para o futuro, conferem à bacia uma área sem restrições hídricas em condições naturais.

As estimativas de chuva por meio do sensoriamento remoto são, atualmente, fonte potencialmente útil para as mais diversas aplicações hidrológicas e climatológicas, especialmente em regiões onde as medições convencionais são escassas, como a Amazônia. Neste trabalho, foram analisadas as estimativas de chuva por satélite como variáveis de entrada ao modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001). Este modelo simula o ciclo hidrológico através das relações físicas e conceituais de todo processo, sendo os produtos de chuva por satélite avaliados o 3B42, 3B42RT e CMORPH. A primeira área de estudo é a bacia do rio Huallaga localizada dentro do território do Peru, região caracterizada por ter uma topografia complexa e pertencente a uma das nascentes do rio Amazonas. A segunda avaliação foi feita para a bacia do rio Amazonas, sendo esta caracterizada por ter uma grande variabilidade climatológica a diferentes altitudes e regimes hidrológicos diferentes, além de uma pobre distribuição de postos pluviométricos. No caso da bacia do rio Huallaga foram realizadas comparações da chuva média estimada por satélite com observada em intervalos de tempo diário, mensal, sazonal e anual. Estes resultados mostram que os produtos 3B42 e CMORPH subestimam valores médios da bacia comparada com chuva média ponderada por pluviômetros. Na simulação da bacia do rio Huallaga se efetuaram calibrações dos parâmetros para cada fonte de chuva resultando com melhor ajuste de vazões máximas para o produto CMORPH e pior ajuste para o produto 3B42, estes ajustes melhoraram para a chuva do produto CMORPH corrigido com estações pluviométricas. Por outra parte, no caso de análises da bacia do rio Amazonas, foi calculada a chuva média anual para os três produtos de satélite (3B42, 3B42RT e CMORPH), os resultados mostraram maior chuva média a favor de CMORPH, seguido de 3B42RT e finalmente o produto 3B42. A simulação da bacia do rio Amazonas mostrou melhores coeficientes de Nash-Sutcliffe com o produto 3B42 em várias estações do Brasil. Com o produto 3B42RT mostram melhores coeficientes nas estações localizadas na rede principal do rio Amazonas, e com o produto CMORPH mostrou melhores coeficientes em algumas estações como na bacia dos rios Tapajós (Brasil) e Urubamba (Peru). / Currently, satellite rainfall estimates using remote sensing are a potential source of information for hydrological and climatological applications. It applies mainly for regions where conventional measurements are scarce such as the Amazon Basin. In this work, the satellite rainfall estimates were analyzed as input variables to the hydrological model MGBIPH (Collischonn, 2001). This model simulates the hydrological cycle through physical and conceptual relationships where products 3B42, 3B42RT and CMORPH are evaluated. The first evaluation case corresponds to the Huallaga basin located in Peru, being one of the current Amazon highlands characterized by a complex topography. The second evaluation case corresponds to the Amazon basin characterized by a great climatological variability at different altitudes, different hydrological regimes and poor distributions of raingauges. In the case of the Huallaga River basin, comparisons were made between the estimated average satellite rainfall and the observed rainfall for different intervals of time (daily, monthly, seasonal and annual). These results show that the products 3B42 and CMORPH underestimate the basin average rainfall when compared with the weighted average of raingauge measurements. During the Huallaga basin simulation, calibrations of some parameters for each rainfall data were realized. Obtaining the best and worst fitting results with the CMORPH and 3B42 products for the case of maximum discharges, respectively. This rainfall fitting improves for the CMORPH product when raingauge corrections are included. On the other hand, the annual average rainfall value was obtained for each satellite product (3B42, 3B42RT e CMORPH) for the analysis of the Amazon basin. In this calculation, the greater results for the annual average rainfall values are obtained in the following order CMORPH, 3B42RT and 3B42. Moreover, this simulation seems to yield best Nash-Sutcliffe coefficients for the 3B42 product for various Brazilian stations. For stations located in the main stream of the Amazon River the Nash-Sutcliffe coefficients obtained with the 3B42RT product are the best. The CMORPH product yield the best coefficients for the stations located in Tapajós (Brazil) and Urubamba (Peru) basin.

As estimativas de chuva por meio do sensoriamento remoto são, atualmente, fonte potencialmente útil para as mais diversas aplicações hidrológicas e climatológicas, especialmente em regiões onde as medições convencionais são escassas, como a Amazônia. Neste trabalho, foram analisadas as estimativas de chuva por satélite como variáveis de entrada ao modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001). Este modelo simula o ciclo hidrológico através das relações físicas e conceituais de todo processo, sendo os produtos de chuva por satélite avaliados o 3B42, 3B42RT e CMORPH. A primeira área de estudo é a bacia do rio Huallaga localizada dentro do território do Peru, região caracterizada por ter uma topografia complexa e pertencente a uma das nascentes do rio Amazonas. A segunda avaliação foi feita para a bacia do rio Amazonas, sendo esta caracterizada por ter uma grande variabilidade climatológica a diferentes altitudes e regimes hidrológicos diferentes, além de uma pobre distribuição de postos pluviométricos. No caso da bacia do rio Huallaga foram realizadas comparações da chuva média estimada por satélite com observada em intervalos de tempo diário, mensal, sazonal e anual. Estes resultados mostram que os produtos 3B42 e CMORPH subestimam valores médios da bacia comparada com chuva média ponderada por pluviômetros. Na simulação da bacia do rio Huallaga se efetuaram calibrações dos parâmetros para cada fonte de chuva resultando com melhor ajuste de vazões máximas para o produto CMORPH e pior ajuste para o produto 3B42, estes ajustes melhoraram para a chuva do produto CMORPH corrigido com estações pluviométricas. Por outra parte, no caso de análises da bacia do rio Amazonas, foi calculada a chuva média anual para os três produtos de satélite (3B42, 3B42RT e CMORPH), os resultados mostraram maior chuva média a favor de CMORPH, seguido de 3B42RT e finalmente o produto 3B42. A simulação da bacia do rio Amazonas mostrou melhores coeficientes de Nash-Sutcliffe com o produto 3B42 em várias estações do Brasil. Com o produto 3B42RT mostram melhores coeficientes nas estações localizadas na rede principal do rio Amazonas, e com o produto CMORPH mostrou melhores coeficientes em algumas estações como na bacia dos rios Tapajós (Brasil) e Urubamba (Peru). / Currently, satellite rainfall estimates using remote sensing are a potential source of information for hydrological and climatological applications. It applies mainly for regions where conventional measurements are scarce such as the Amazon Basin. In this work, the satellite rainfall estimates were analyzed as input variables to the hydrological model MGBIPH (Collischonn, 2001). This model simulates the hydrological cycle through physical and conceptual relationships where products 3B42, 3B42RT and CMORPH are evaluated. The first evaluation case corresponds to the Huallaga basin located in Peru, being one of the current Amazon highlands characterized by a complex topography. The second evaluation case corresponds to the Amazon basin characterized by a great climatological variability at different altitudes, different hydrological regimes and poor distributions of raingauges. In the case of the Huallaga River basin, comparisons were made between the estimated average satellite rainfall and the observed rainfall for different intervals of time (daily, monthly, seasonal and annual). These results show that the products 3B42 and CMORPH underestimate the basin average rainfall when compared with the weighted average of raingauge measurements. During the Huallaga basin simulation, calibrations of some parameters for each rainfall data were realized. Obtaining the best and worst fitting results with the CMORPH and 3B42 products for the case of maximum discharges, respectively. This rainfall fitting improves for the CMORPH product when raingauge corrections are included. On the other hand, the annual average rainfall value was obtained for each satellite product (3B42, 3B42RT e CMORPH) for the analysis of the Amazon basin. In this calculation, the greater results for the annual average rainfall values are obtained in the following order CMORPH, 3B42RT and 3B42. Moreover, this simulation seems to yield best Nash-Sutcliffe coefficients for the 3B42 product for various Brazilian stations. For stations located in the main stream of the Amazon River the Nash-Sutcliffe coefficients obtained with the 3B42RT product are the best. The CMORPH product yield the best coefficients for the stations located in Tapajós (Brazil) and Urubamba (Peru) basin.

As estimativas de chuva por meio do sensoriamento remoto são, atualmente, fonte potencialmente útil para as mais diversas aplicações hidrológicas e climatológicas, especialmente em regiões onde as medições convencionais são escassas, como a Amazônia. Neste trabalho, foram analisadas as estimativas de chuva por satélite como variáveis de entrada ao modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001). Este modelo simula o ciclo hidrológico através das relações físicas e conceituais de todo processo, sendo os produtos de chuva por satélite avaliados o 3B42, 3B42RT e CMORPH. A primeira área de estudo é a bacia do rio Huallaga localizada dentro do território do Peru, região caracterizada por ter uma topografia complexa e pertencente a uma das nascentes do rio Amazonas. A segunda avaliação foi feita para a bacia do rio Amazonas, sendo esta caracterizada por ter uma grande variabilidade climatológica a diferentes altitudes e regimes hidrológicos diferentes, além de uma pobre distribuição de postos pluviométricos. No caso da bacia do rio Huallaga foram realizadas comparações da chuva média estimada por satélite com observada em intervalos de tempo diário, mensal, sazonal e anual. Estes resultados mostram que os produtos 3B42 e CMORPH subestimam valores médios da bacia comparada com chuva média ponderada por pluviômetros. Na simulação da bacia do rio Huallaga se efetuaram calibrações dos parâmetros para cada fonte de chuva resultando com melhor ajuste de vazões máximas para o produto CMORPH e pior ajuste para o produto 3B42, estes ajustes melhoraram para a chuva do produto CMORPH corrigido com estações pluviométricas. Por outra parte, no caso de análises da bacia do rio Amazonas, foi calculada a chuva média anual para os três produtos de satélite (3B42, 3B42RT e CMORPH), os resultados mostraram maior chuva média a favor de CMORPH, seguido de 3B42RT e finalmente o produto 3B42. A simulação da bacia do rio Amazonas mostrou melhores coeficientes de Nash-Sutcliffe com o produto 3B42 em várias estações do Brasil. Com o produto 3B42RT mostram melhores coeficientes nas estações localizadas na rede principal do rio Amazonas, e com o produto CMORPH mostrou melhores coeficientes em algumas estações como na bacia dos rios Tapajós (Brasil) e Urubamba (Peru). / Currently, satellite rainfall estimates using remote sensing are a potential source of information for hydrological and climatological applications. It applies mainly for regions where conventional measurements are scarce such as the Amazon Basin. In this work, the satellite rainfall estimates were analyzed as input variables to the hydrological model MGBIPH (Collischonn, 2001). This model simulates the hydrological cycle through physical and conceptual relationships where products 3B42, 3B42RT and CMORPH are evaluated. The first evaluation case corresponds to the Huallaga basin located in Peru, being one of the current Amazon highlands characterized by a complex topography. The second evaluation case corresponds to the Amazon basin characterized by a great climatological variability at different altitudes, different hydrological regimes and poor distributions of raingauges. In the case of the Huallaga River basin, comparisons were made between the estimated average satellite rainfall and the observed rainfall for different intervals of time (daily, monthly, seasonal and annual). These results show that the products 3B42 and CMORPH underestimate the basin average rainfall when compared with the weighted average of raingauge measurements. During the Huallaga basin simulation, calibrations of some parameters for each rainfall data were realized. Obtaining the best and worst fitting results with the CMORPH and 3B42 products for the case of maximum discharges, respectively. This rainfall fitting improves for the CMORPH product when raingauge corrections are included. On the other hand, the annual average rainfall value was obtained for each satellite product (3B42, 3B42RT e CMORPH) for the analysis of the Amazon basin. In this calculation, the greater results for the annual average rainfall values are obtained in the following order CMORPH, 3B42RT and 3B42. Moreover, this simulation seems to yield best Nash-Sutcliffe coefficients for the 3B42 product for various Brazilian stations. For stations located in the main stream of the Amazon River the Nash-Sutcliffe coefficients obtained with the 3B42RT product are the best. The CMORPH product yield the best coefficients for the stations located in Tapajós (Brazil) and Urubamba (Peru) basin.

A modelagem hidrológica quando associada aos recursos do sensoriamento remoto e do geoprocessamento torna-se uma ferramenta importante, pois é capaz de estabelecer diferentes cenários da cobertura e do uso da terra e suas implicações na drenagem urbana, auxiliando no planejamento urbano. Entretanto, a relação entre o modelo chuva x vazão e tais técnicas, com finalidade de avaliar classificadores de imagens a partir de hidrogramas de cheia não foi encontrada na literatura, tornando esse o objetivo principal desta tese. Para isso, foram utilizadas três imagens de satélite de diferentes resoluções espaciais (0,5m, 5m e 15m) e três algoritmos classificadores (Máxima Verossimilhança, Máquinas Vetores Suporte e Análise Orientada a Objeto) e formados conjuntos denominado \"classificador-imagem\" para classificação da cobertura e do uso da terra. As áreas das classes dos usos da terra de cada conjunto \"classificador-imagem\" e os valores de Curve Number foram os principais dados de entrada do modelo chuva-vazão NRCS, que permitiu gerar os hidrogramas de cheia para cada caso. Os hidrogramas simulados foram comparados aos hidrogramas observados na bacia e avaliados, quanto a sua representatividade, pelo coeficiente de Nash Sutcliffe. As classificações do uso da terra foram avaliadas pelo Índice Kappa, com valores de 0,58 a 0,99 e pela Exatidão Global, com valores de 0,64 a 0,99. Para as vazões, o coeficiente de Nash Sutcliffe foi considerado satisfatório (NS<0,50) em duas simulações e, nas demais simulações, considerado muito bom (NS>0,75). Para fornecer subsídio a tomada de decisão, foi realizada uma análise multicritério dos conjuntos classificador-imagem, que permitiu classificar os conjuntos com maior desempenho: 1°) o classificador SVM e a imagem Landsat-8; 2°) o classificador MaxVer e a imagem WordView-II; 3°) o classificador NN e a imagem RapidEye. / Hydrological modeling when associated with remote sensing and geoprocessing resources becomes an important tool, because it is able to establish different land use scenarios and its implications for urban drainage, assisting in urban planning. However, the relationship between the routing model and such techniques, for purpose to evaluate images classifiers from the runoff hydrograph was not found in the literature, making this the main objective of this thesis. Thereunto, three satellite images were used in different spatial resolutions (0.5m, 5m and 15m) and three algorithms classifiers (Maximum Likelihood, Support Vector Machine and Oriented Object Analysis) and composed sets called \"classifier-image\" for the land use classification. The areas of the land use classes of each set \"classifier-image\" and the Curve Number values were the main input of the routing model NRCS, which allowed generating the runoff hydrograph for each case. The simulated hydrographs were compared to the observed hydrograph in the basin and evaluated their representativeness through the Nash Sutcliffe coefficient. Kappa Index was calculated to evaluate land use classifications, with values between 0.58 to 0.99 and Global accuracy between 0.64 to 0.99. Towards the flows rates, the Nash Sutcliffe coefficient was considered satisfactory for two simulations (NS<0,50) and, to other simulations, considered very good (NS>0,75). To provide subsidy to decision-making, it carried out a multi-criteria analysis of the classifier-image sets, that allowed to classify the set with higher performance: 1) SVM classifier and Landsat-8 image; 2) MaxVer classifier and WorldView-II image; 3) NN classifier and RapidEye image.

Muitos rios brasileiros ainda não são monitorados. A carência de informações relevantes costuma gerar diversos problemas para a administração pública. Por vezes, essa falta de dados pode ser compensada por meio de modelagem hidrológica, que requer um conhecimento prévio sobre a bacia a ser estudada. Atualmente, a mudança no uso e cobertura do solo em bacias hidrográficas é um dos temas mais abordados nas pesquisas hidrológicas, podendo a avaliação dos impactos causados por essa ser feita através de modelagem hidrológica. O presente trabalho utilizou o framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) na elaboração de um modelo hidrológico para a bacia do Ribeirão da Onça, a qual está localizada em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, um dos mais importantes aquíferos transfronteiriços do mundo. A bacia é predominantemente rural, logo, seu uso e ocupação do solo variam ao longo do tempo. Sendo assim, objetivou-se avaliar os efeitos das alterações de uso do solo no regime hidrológico da bacia por meio da elaboração de múltiplos modelos hidrológicos no JAMS/J2K, os quais foram calibrados independentemente (de 2008 a 2015) e validados por um modelo atual (2017), a fim de se gerar uma parametrização capaz de predizer os efeitos hidrológicos decorrentes de alterações no uso e ocupação do solo da bacia. Previamente à elaboração dos modelos, procedeu-se à validação dos dados hidrológicos e climatológicos coletados e disponíveis da bacia, por meio da análise das correlações entre as medições dos equipamentos, feita por programa elaborado em Python. Em seguida, elaboraram-se mapas de uso do solo para os anos de 2008, 2011, 2013, 2015 e 2017. Então, os modelos com seus conjuntos de URHs (Unidades de Resposta Hidrológica) específicos foram calibrados, e os parâmetros ótimos encontrados para cada modelo foram aplicados nos demais para identificação de quais poderiam ser os mais representativos. Durante esta etapa, verificou-se que o modelo de 2013 comportava-se anomalamente, devido à estiagem ocorrida em seu período de calibração, o que justificou sua retirada das etapas seguintes. Em seguida, um programa criado em Python permitiu que os arquivos .dat gerados durante a calibração fossem analisados visualmente, por meio de gráficos de dispersão e plots violinos, embasando a tomada de decisão relativa à redução da amplitude de variação dos parâmetros para uma posterior busca manual por parâmetros representativos temporalmente. Os parâmetros encontrados produziram modelos com NSE variando de 0,25 a 0,39; PBIAS de -20,98 a -0,74 e R2 de 0,45 a 0,65, sendo que o modelo de validação (2017) obteve NSE de 0,26; PBIAS de -1,78 e R2 de 0,45; indicando que a parametrização encontrada, apesar de não conseguir produzir modelos que eficientemente reproduzam os picos no escoamento, é capaz de estimar satisfatoriamente o escoamento de base, mesmo em condições de mudanças de uso e ocupação do solo. Com isso, realizou-se a aplicação do conjunto de parâmetros em cenários hipotéticos de uso e ocupação do solo, que produziu resultados coerentes com o que se espera. Além disso, também se realizou a setorização do modelo, utilizando os dados de vazão de duas calhas Parshall instaladas na bacia. No entanto, não houve êxito na setorização, evidenciado pelos valores de NSE (-35,41 e 88,08), PBIAS (118,63 e 118,81) e R2 (0,15 e 0,12). O fraco desempenho na setorização pode ser corrigido calibrando-se o modelo espacialmente, em adição à calibração temporal, ou seja, com múltiplos dados de entrada de vazão, localizados em pontos distintos na bacia. / Many Brazilian rivers are not monitored. The lack of relevant information may generate multiple problems for public administration. Sometimes this data may be supplied through hydrological modelling, which requires a previous knowledge regarding the watershed that will be studied. Currently, the land use and cover change in watersheds is one of the most researched themes in the hydrological scientific community, with the impacts caused by it being able t obe assessed by hydrological modelling. In that sense, this work has used the framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) in the elaboration of a hydrological model for the Ribeirão da Onça catchment, which is located in an outcrop zone of the Guarani Aquifer System, one of the largest transboundary aquifers in the world. The catchment is mainly rural; thus, its land use and occupation vary heavily over time. In this context, the intent of this work was to evaluate the effects of the land use/cover changes in the hydrological processes through the elaboration of multiple J2K/JAMS hydrological models, which were calibrated individually (2008 through 2015) and validated with a recent model (2017), with the goal of creating a model that is able to predict long term hydrological effects of land use/cover changes in the catchment. Before creating the models, a validation of the hydrological and climatic data available in the catchment was done, through the analysis of the correlations between the measures, achieved with the use of a Python software. After that, land use maps were elaborated for the years 2008, 2011, 2013, 2015 and 2017. Then, the models with their HRU (Hydrological Response Units) specific sets were calibrated, then the optimal parameters for each model were applied on the other ones, to assess which were the most representative. During this step, the 2013 model was deemed anomalous, due to the drought that occurred during its calibration period, which justified its removal from the following stages. After that, an application made in Python allowed the .dat files generated during calibration to be visually analysed, through scatter and violin plots, aiding the decisions regarding the new maximum and minimum values for the parameters, preceding a manual search for the globally representative parameters set. The set that was found produced models with NSE varying from 0.25 to 0.39, PBIAS from -20,98 to -0,74 and R2 from 0,45 to 0,65, being that the validation model (2017) achieved an NSE of 0.26; PBIAS of -1.78 and R2 of 0.45, meaning that the parameters found, despite not being able to effectively reproduce the runnof peak values, is able to satisfactorily estimate the base runoff, even in land use and cover change conditions. With that, the parameters set found was applied in hypothetical scenarios of land use and cover, which produced coherent results with what was expected. A model sectorization was also attempted, using discharge data from two Parshall flumes installed in the catchment. However, there was no success in the attempt, evidenced by the NSE (-35.41 and 88.08), PBIAS (118.63 and 118.81) and R2 (0.15 and 0.12) values. The weak performance of the sectorization may be fixed by calibrating the model spatially, in addition to the calibration in regards to time. In other words, with multiple input discharge data, located in distinct points inside the catchment.

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.