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Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Ambiental / Made available in DSpace on 2013-07-16T02:50:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 220922.pdf: 5497535 bytes, checksum: 3eff7f1ad3423c9698ad4e8f8cf38463 (MD5) / O conhecimento obtido pelo monitoramento de fenômenos hidrológicos tem melhorado a representação da realidade pelos modelos. O modelo matemático possui vantagens sobre os outros tipos de modelos, dada à sua facilidade de implementação, baixo custo, rápida visualização dos resultados e a simulação de experimentos inviáveis na prática. Um destes modelos matemáticos é o TOPMODEL. Este modelo possui uma simples e funcional conceituação, baseada em um índice de similaridade hidrológica, sobre os fenômenos que ocorrem em uma bacia hidrográfica. Devido a livre disponibilização do TOPMODEL, desde a sua criação ele vem sendo utilizado e alterado. Entretanto, existem poucos trabalhos comparativos entre a versão original e as alteradas. O presente trabalho teve como objetivo comparar e avaliar três formulações do TOPMODEL na simulação de hidrogramas. Duas formulações do TOPMODEL foram implementadas no código da formulação original. Estas duas formulações modificam o índice topográfico da formulação original. As formulações implementadas geraram dois novos modelos. Os três modelos (MODELO 1 - TOPMODEL original (BEVEN et al., 1984); MODELO 2 - modificado por CAMPLING et al. (2002) e MODELO 3 - modificado por DATIN (1998)) foram analisados e comparados com dados obtidos na bacia Rio Pequeno no município de São José dos Pinhais - PR. Um modelo matemático denominado WADI, utilizando uma rede de triângulos irregulares, foi implementado em linguagem orientada a objetos para extrair a partir de curvas de nível digitalizadas da bacia a função distância-área. Esta função foi convertida em um histograma tempo-área dentro do TOPMODEL. Os intervalos válidos dos parâmetros dos três modelos foram estimados de acordo com recomendações da bibliografia e com prévias simulações. Os modelos foram testados com duas séries de dados horários de precipitação e vazão, uma para calibração dos modelos e a outra para validação. Conjuntos de parâmetros com melhores eficiências foram selecionados a partir de simulações utilizando a técnica Monte Carlo. O critério de escolha do valor da eficiência para exclusão de conjuntos de parâmetros foi baseado na percentagem (60%) de parâmetros excluídos para cada modelo. Por meio da distribuição de freqüência destas eficiências, os limites de incerteza referentes a 5% e 95% foram encontrados nos hidrogramas. Os conjuntos dos melhores parâmetros determinados na primeira série de dados foram aplicados na segunda série. Através de um método estatístico usando a equação de Bayes, as eficiências dos conjuntos de parâmetros da segunda série foram combinadas com as da primeira, implicando na redução do intervalo de incerteza para a segunda série. Hidrogramas das vazões observadas e simuladas com os três modelos foram traçados e estes foram comparados e analisados de acordo com as medidas de desempenho (índice de Nash, entropia e incerteza). Foi observado que para a bacia de aplicação e para as séries de dados escolhidas os três modelos obtiveram desempenhos semelhantes na simulação de hidrogramas. O MODELO 2 tem intervalos de incerteza mais estreitos, desta forma possuindo menos incerteza na calibração de parâmetros. Além disso, este modelo compreende o maior número de vazões observadas dentro dos limites de incerteza. Portanto, o MODELO 2 é considerado o melhor dos três modelos analisados na simulação de hidrogramas, às custas da introdução de um novo parâmetro.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241750.pdf: 9414058 bytes, checksum: 3c64d6ef5a96e83441631f1f3d2ae7ed (MD5)

Ingeniero Civil / El trabajo de título se centró en la modelación de hidrogramas de crecidas futuras, asociadas al cambio climático, en la cuenca Butamalal en Butamalal en la VIII Región de Chile. Los modelos de circulación global (GCM) que proyectan las variables meteorológicas para diferentes escenarios climáticos futuros, proporcionan los valores de la variable precipitación a escala mensual o diaria. Para estimar hidrogramas de crecidas, se requiere esta información a escalas temporales horarias o a mayor resolución. El objetivo general fue explorar metodologías para desagregar los valores futuros de precipitación diaria de manera de obtener los hietogramas requeridos por un modelo hidrológico aplicado en HEC-HMS, que permitió derivar hidrogramas de crecidas para eventos, además se estableció una metodología para determinar o modelar los caudales en forma continua en Matlab. Para ello se analizó en primer lugar, las metodologías de desagregación tradicionalmente usadas en Chile como son el método de Varas, distribuciones propias de ciertas zonas y curvas IDF. Luego, se calibró y validó el modelo hidrológico usando los antecedentes observados a la escala temporal deseada, y se analizaron los hidrogramas obtenidos al usar los hietogramas simulados con el método de desagregación seleccionado. Previo al análisis de los eventos de crecidas futuros, se debió hacer un tratamiento de los datos de precipitación proyectados por el modelo GCM MK3.6 para el escenario de cambio climático escogido, que corresponde al más desfavorable de aquellos pertenecientes a la comunicación más reciente del Panel Intergubernamental de Cambio Climático, denominado RCP 8.5. Dicho tratamiento, se refiere al escalamiento espacial y temporal de la información, usando los antecedentes medidos en estaciones en el área de interés. Los resultados obtenidos mostraron, descensos significativos entre el 10% y el 20% de las precipitaciones medias mensuales en la cuenca de estudio, para las 10 corridas del escenario RCP 8.5. También se observó una disminución de los caudales medios anuales entre el 8% y el 17%, dependiendo de la proyección a utilizar. Además, se observa una dispersión en las proyecciones de los caudales máximos instantáneos obtenidos del escenario RCP 8.5. Luego, para ciertas proyecciones se observó descensos de los caudales en el rango del 6% al 34% dependiendo del periodo de retorno. Sin embargo, otra proyección mostró aumentos de los caudales máximos instantáneos del orden del 32% dependiendo del periodo de retorno. Respecto a la distribución de precipitaciones, para crecidas asociadas a un periodo de retorno de 10, 20 y 50 años de precipitación máxima diaria, bajo una condición de humedad media, se observó una desviación estándar de 29, 36 y 43 [m³/s] respectivamente, para los caudales máximos instantáneos asociados a diferentes distribuciones de precipitaciones. Finalmente este trabajo concluye respecto a las variaciones del cambio climático, que a pesar de que las precipitaciones anuales disminuyen para todas las proyecciones, los resultados de caudales máximos instantáneos muestran que hay posibles proyecciones donde eventos extremos pueden darse con mayor frecuencia, generando crecidas de mayor magnitud a las que se tendría si no se considerase cambio climático, factor importante a tener en cuenta para la construcción de obras hidráulicas en la zona de estudio.

É realizada neste trabalho uma análise de sensibilidade das variáveis de entrada na determinação de hidrogramas de cheia em bacias hidrográficas desprovida de dados hidrológicos. Analisou-se a influência do CN (número de curva), da área de drenagem, do tempo de concentração, da duração da chuva e do período de retorno sobre os hidrogramas de cheia calculados. É feita uma comparação entre os métodos do hidrograma do SCS, Santa Bárbara e Clark. Para dar subsídio às análises de sensibilidade, utiliza-se o sistema de suporte à decisão ABC 6, desenvolvido na Universidade de São Paulo (USP). Um estudo de aplicação prática é elaborado para avaliar a influência da vazão no projeto de estruturas hidráulicas. Os resultados mostram quanto as variáveis de entrada influenciam na determinação das vazões e quanto estas vazões influenciam no projeto das estruturas hidráulicas. Como recomendação geral, visto a facilidade no uso de ferramentas computacionais e sistemas de suporte a decisão, sugere-se que sempre seja realizada uma análise de sensibilidade nos estudos hidrológicos. A análise de sensibilidade irá permitir a avaliação dos erros e incertezas que são cometidos quando da adoção das variáveis de entrada. / A sensitivity analysis of input variables for flood hydrographs determination in watersheds without observed hydrological data is presented in this work. Influence of CN (number of curve), drainage area, time of concentration, rainfall duration and return period on the calculated flood hydrographs is analyzed. It is made a comparison among three unit hydrographs methods: SCS, Santa Barbara and Clark. ABC 6, a decision support system developed at USP (Universidade de São Paulo) is used as a tool for sensitivity analysis. A study of practical application is made to examine the influence of flow in design of hydraulic structures. Results show how input variables influence calculated flows and how these flows influence design of hydraulic structures. It is suggested, by the fact that computational tools and decision support systems are easy to use, that a sensitivity analysis in hydrological studies must be always be performed. Sensitivity analysis will allow evaluation of hydrologic design results due to errors and uncertainness caused by input variables.

É realizada neste trabalho uma análise de sensibilidade das variáveis de entrada na determinação de hidrogramas de cheia em bacias hidrográficas desprovida de dados hidrológicos. Analisou-se a influência do CN (número de curva), da área de drenagem, do tempo de concentração, da duração da chuva e do período de retorno sobre os hidrogramas de cheia calculados. É feita uma comparação entre os métodos do hidrograma do SCS, Santa Bárbara e Clark. Para dar subsídio às análises de sensibilidade, utiliza-se o sistema de suporte à decisão ABC 6, desenvolvido na Universidade de São Paulo (USP). Um estudo de aplicação prática é elaborado para avaliar a influência da vazão no projeto de estruturas hidráulicas. Os resultados mostram quanto as variáveis de entrada influenciam na determinação das vazões e quanto estas vazões influenciam no projeto das estruturas hidráulicas. Como recomendação geral, visto a facilidade no uso de ferramentas computacionais e sistemas de suporte a decisão, sugere-se que sempre seja realizada uma análise de sensibilidade nos estudos hidrológicos. A análise de sensibilidade irá permitir a avaliação dos erros e incertezas que são cometidos quando da adoção das variáveis de entrada. / A sensitivity analysis of input variables for flood hydrographs determination in watersheds without observed hydrological data is presented in this work. Influence of CN (number of curve), drainage area, time of concentration, rainfall duration and return period on the calculated flood hydrographs is analyzed. It is made a comparison among three unit hydrographs methods: SCS, Santa Barbara and Clark. ABC 6, a decision support system developed at USP (Universidade de São Paulo) is used as a tool for sensitivity analysis. A study of practical application is made to examine the influence of flow in design of hydraulic structures. Results show how input variables influence calculated flows and how these flows influence design of hydraulic structures. It is suggested, by the fact that computational tools and decision support systems are easy to use, that a sensitivity analysis in hydrological studies must be always be performed. Sensitivity analysis will allow evaluation of hydrologic design results due to errors and uncertainness caused by input variables.