A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.

Devido aos riscos de contaminação dos recursos naturais solo e água, ao alto custo, ao tempo e ao esforço humano nas investigações de campo, os modelos matemáticos, aliados às técnicas numéricas e aos avanços computacionais, constituem uma ferramenta importante na previsão do deslocamento de solutos, contribuindo assim, para o controle de alterações ambientais. No Brasil, a modelação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada é voltada, quase que exclusivamente, aos problemas relacionados às atividades agrícolas. Entretanto, tão importante quanto a problemática dos produtos químicos nas atividades agrícolas é a questão de poluição e contaminação do solo e da água por chorume, gerado pelos resíduos sólidos domiciliares. Neste trabalho, é desenvolvido e validado um modelo computacional unidimensional para simulação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada do solo. O modelo matemático é dado pela equação diferencial parcial não-linear de Richards, que rege o movimento de água no solo, e a equação diferencial parcial linear de advecção-dispersão, do transporte de solutos, acompanhadas das condições iniciais e de contorno. A equação de Richards é dada em função do potencial matricial da água e a equação de transporte de solutos estima a evolução temporal da concentração de solutos no perfil do solo. Devido à dificuldade de se obter soluções analíticas destas equações, são resolvidas numericamente pelo método de elementos finitos. As referidas equações são resolvidas utilizando-se malhas uniformes inicialmente. Com a finalidade de obter simulações mais eficientes, a um custo computacional reduzido, é empregada a adaptatividade com refinamento h na malha de elementos finitos. A função interpolação polinomial utilizada é de grau 2 ou maior que garante a conservação de massa. Na equação de Richards, a derivada temporal é aproximada por um quociente de diferença finita e é aplicado o esquema de Euler explícito e na equação de advecção-dispersão, é aproximada por um quociente de diferença finita, aplicando-se o esquema de Euler implícito, devido à linearidade da equação. O sistema operacional é o Linux Ubuntu 32 bits, o ambiente de programação é o PZ, escrito em linguagem de programação C++. Na validação do modelo, utilizam-se dados disponíveis na literatura. Os resultados são comparados, utilizando-se malhas uniformes e malhas adaptativas com refinamento h. Usando-se as malhas uniformes para o problema de Richards e de transporte de potássio, o tempo de execução é de 22 minutos e a memória utilizada de 6164 Kb. Com as malhas adaptadas, o tempo de execução é de 3 minutos e 27 segundos, consumindo 5876 Kb de memória. Houve, portanto, uma redução de 84,32% no tempo de execução, usando-se malhas adaptativas. A utilização da função interpolação polinomial de grau 2 ou maior e o refinamento h, permitem uma boa concordância do modelo na comparação com soluções disponíveis na literatura. / Due to the risks of contamination of soil and water resources, the high cost, time and human effort in the field investigations, the mathematical models, combined with numerical techniques and computational advances, are important tools in forecasting the movement of solutes thereby contributing to the control of environmental alteration. In Brazil, modeling of flow and solute transport in the unsaturated zone is focused, almost exclusively, on problems related to agricultural activities. However, as important as the problematical of chemicals products in agricultural activities is the issue of pollution and contamination of soil and water by leachate, generated by municipal solid wastes. In this work, an one-dimensional computational model for simulation of flow and solute transport in the unsaturated soil has been developed and validated. The mathematical model is given by the Richards\'s non-linear partial differential equation, which determines the movement of water in the soil, and the advection-dispersion linear partial differential equation, of the solute transport, together with initial and boundary conditions. The Richards equation is a function of the water pressure head and the solute transport equation estimate the temporal evolution of the solutes concentration in the soil profile. Due to the difficulty of obtaining analytical solutions of these equations, they are solved numerically using the finite element method. The governing equations are solved using initially a uniform mesh. In order to obtain more efficient simulations with low computational cost, adaptativity with h refinement on the finite element mesh is implemented. The interpolation function is of degree two or higher, assuring mass conservation. In Richards\' equation, the temporal derivative is approximated by Euler explicit finite difference. For the advection-dispersion equation, due to the linearity of the equation, an implicit finite difference scheme is used. The code is written in the programming language C++ based on the programming environment PZ using operating system Linux Ubuntu 32 bit. Model results are validated in comparison with data available in the literature. The results are evaluated using uniform meshes and with h refinement adaptive mesh. Using the uniform meshes for the problem of Richards and transport of potassium, the running time is 22 minutes and 6164 Kb of memory is used. With the adapted meshes, the execution time is 3 minutes and 27 seconds, consuming 5,876 Kb of memory. Therefore there was a reduction of 84.32% in execution time, using adaptive meshes. The interpolation function with degree two or higher and the h refinement, with reduction of the computation time, showed a good agreement in comparison with the literature.

Esta tesis explora la precisión de dos métodos de estimación de precipitación, Auto-Estimator y CRR (Convective Rainfall Rate), generados a partir de imágenes infrarrojas y visibles del Meteosat. Ambos métodos junto con una serie de correcciones de la intensidad de lluvia estimada se aplican y se verifican en dos casos de inundaciones acaecidas en zonas mediterráneas. El primer caso ocurrió en Albania del 21 al 23 de septiembre de 2002 y el segundo, conocido como caso Montserrat, ocurrió en Cataluña la noche del 9 al 10 se junio de 2000. Por otro lado se investiga la posibilidad de realizar calibraciones de ambos métodos directamente con datos de estaciones pluviométricas cuando lo común es calibrar con datos de radares meteorológicos. También se propone cambios en algunas de las correcciones ya que parecen mejorar los resultados y se propone una nueva corrección muy eficiente que utiliza las descargas eléctricas para determinar la zonas más convectivas y de mayor precipitación de los sistemas nubosos. / This Thesis work explores the precision of two methods to estimate rainfall called Auto-Estimator and CRR (Convective Rainfall Rate). They are obtained by using infrared and visible images from Meteosat. Both Algorithms within a set of correction factors are applied and verified in two severe flood cases that took place in Mediterranean regions. The first case has occurred in Albania from 21 to 23 September 2002 and the second, known as the Montserrat case, has occurred in Catalonia the night from the 9 to 10 of June 2000. On the other hand it is explored new methods to perform calibrations to both satellite algorithms using direct rain rates from rain gauges. These kinds of adjustments are usually done using rain rates from meteorological radars. In addition it is proposed changes on some correction factors that seem to improve the results on estimations and it is defined an efficient correction factor that employ electrical discharges to detect the most convective and rainy areas in cloud systems.

Devido aos riscos de contaminação dos recursos naturais solo e água, ao alto custo, ao tempo e ao esforço humano nas investigações de campo, os modelos matemáticos, aliados às técnicas numéricas e aos avanços computacionais, constituem uma ferramenta importante na previsão do deslocamento de solutos, contribuindo assim, para o controle de alterações ambientais. No Brasil, a modelação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada é voltada, quase que exclusivamente, aos problemas relacionados às atividades agrícolas. Entretanto, tão importante quanto a problemática dos produtos químicos nas atividades agrícolas é a questão de poluição e contaminação do solo e da água por chorume, gerado pelos resíduos sólidos domiciliares. Neste trabalho, é desenvolvido e validado um modelo computacional unidimensional para simulação de fluxo e transporte de solutos na zona não-saturada do solo. O modelo matemático é dado pela equação diferencial parcial não-linear de Richards, que rege o movimento de água no solo, e a equação diferencial parcial linear de advecção-dispersão, do transporte de solutos, acompanhadas das condições iniciais e de contorno. A equação de Richards é dada em função do potencial matricial da água e a equação de transporte de solutos estima a evolução temporal da concentração de solutos no perfil do solo. Devido à dificuldade de se obter soluções analíticas destas equações, são resolvidas numericamente pelo método de elementos finitos. As referidas equações são resolvidas utilizando-se malhas uniformes inicialmente. Com a finalidade de obter simulações mais eficientes, a um custo computacional reduzido, é empregada a adaptatividade com refinamento h na malha de elementos finitos. A função interpolação polinomial utilizada é de grau 2 ou maior que garante a conservação de massa. Na equação de Richards, a derivada temporal é aproximada por um quociente de diferença finita e é aplicado o esquema de Euler explícito e na equação de advecção-dispersão, é aproximada por um quociente de diferença finita, aplicando-se o esquema de Euler implícito, devido à linearidade da equação. O sistema operacional é o Linux Ubuntu 32 bits, o ambiente de programação é o PZ, escrito em linguagem de programação C++. Na validação do modelo, utilizam-se dados disponíveis na literatura. Os resultados são comparados, utilizando-se malhas uniformes e malhas adaptativas com refinamento h. Usando-se as malhas uniformes para o problema de Richards e de transporte de potássio, o tempo de execução é de 22 minutos e a memória utilizada de 6164 Kb. Com as malhas adaptadas, o tempo de execução é de 3 minutos e 27 segundos, consumindo 5876 Kb de memória. Houve, portanto, uma redução de 84,32% no tempo de execução, usando-se malhas adaptativas. A utilização da função interpolação polinomial de grau 2 ou maior e o refinamento h, permitem uma boa concordância do modelo na comparação com soluções disponíveis na literatura. / Due to the risks of contamination of soil and water resources, the high cost, time and human effort in the field investigations, the mathematical models, combined with numerical techniques and computational advances, are important tools in forecasting the movement of solutes thereby contributing to the control of environmental alteration. In Brazil, modeling of flow and solute transport in the unsaturated zone is focused, almost exclusively, on problems related to agricultural activities. However, as important as the problematical of chemicals products in agricultural activities is the issue of pollution and contamination of soil and water by leachate, generated by municipal solid wastes. In this work, an one-dimensional computational model for simulation of flow and solute transport in the unsaturated soil has been developed and validated. The mathematical model is given by the Richards\'s non-linear partial differential equation, which determines the movement of water in the soil, and the advection-dispersion linear partial differential equation, of the solute transport, together with initial and boundary conditions. The Richards equation is a function of the water pressure head and the solute transport equation estimate the temporal evolution of the solutes concentration in the soil profile. Due to the difficulty of obtaining analytical solutions of these equations, they are solved numerically using the finite element method. The governing equations are solved using initially a uniform mesh. In order to obtain more efficient simulations with low computational cost, adaptativity with h refinement on the finite element mesh is implemented. The interpolation function is of degree two or higher, assuring mass conservation. In Richards\' equation, the temporal derivative is approximated by Euler explicit finite difference. For the advection-dispersion equation, due to the linearity of the equation, an implicit finite difference scheme is used. The code is written in the programming language C++ based on the programming environment PZ using operating system Linux Ubuntu 32 bit. Model results are validated in comparison with data available in the literature. The results are evaluated using uniform meshes and with h refinement adaptive mesh. Using the uniform meshes for the problem of Richards and transport of potassium, the running time is 22 minutes and 6164 Kb of memory is used. With the adapted meshes, the execution time is 3 minutes and 27 seconds, consuming 5,876 Kb of memory. Therefore there was a reduction of 84.32% in execution time, using adaptive meshes. The interpolation function with degree two or higher and the h refinement, with reduction of the computation time, showed a good agreement in comparison with the literature.

A primeira parte deste trabalho consistiu na instalação de pluviógrafos e linígrafos e levantamento de eventos hidrológicos com a obtenção de dados da distribuição espacial de precipitações observadas e hidrogramas resultantes. Experimentos de infiltração de água no solo foram realizados a partir de infiltrômetro de disco a fim de caracterizar a variabilidade espacial da condutividade hidráulica na bacia, obtendo-se dois conjuntos de dados que mostraram ser lognormalmente distribuídos com médias iguais a 15,8 mm/h e 5,47 mm/h. Estudo teórico foi conduzido na segunda parte do trabalho compreendendo o desenvolvimento de modelo hidrológico. A concepção do modelo parte da premissa de que toda a área da bacia possa ser representada por células derivadas de um modelo numérico de terreno (MNT), especificando-se em cada célula o equacionamento hidráulico-hidrológico. As heterogeneidades do solo e da precipitação foram estudadas através de simulação do modelo considerando-se distribuições espaciais diferentes para a condutividade hidráulica saturada e eventos de chuva. Os resultados mostraram que as diferenças entre as vazões de pico podem ser maiores que 100% , considerando-se graus de resolução máximo e mínimo quanto à precipitação, e reafirmaram o consenso de que o conhecimento da distribuição espacial da chuva é fundamental na calibração de modelos hidrológicos distribuídos. / In first part of this work consists on the installation of pluviographic, water-height graphs and surveying of hydrological events with obtained data from spatial distribution of precipitation observed and resultant hydrograms. Experiments of water infiltration in the soil were done by an infiltrometer disc to characterize the spatial variability of hydraulic conductivity and the losses of infiltration in the basin obtaining two sets of data that showed to be lognormally distributed in average equal to 15.8 mm/h and 5.47 mm/h. A theoric study was conduced in the second part of work comprehending the development of hydrologic model distributed. The conception of the model proceed from the premise that allbasin area can be represented by cells derived from a Digital Terrain Model (DTM) specifying in each cell the hydraulic equation - hydrologic. The soil heterogeneity and the precipitation were studied by model simulation considering spatial distributions different to the hydraulic conductivity satured of the soil and to pluvial events. The results pointed out the differences among peak outflow can be more than 100% considering minimum and maximumresolution degrees as the precipitation and affirmed the consensus that the acquaintance of the pluvial spatial distribution is fundamental in the adjustment of hydrologic models distributed.