Made available in DSpace on 2016-12-23T13:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Introducao_Revisao.pdf: 957704 bytes, checksum: e17ebeae5294a2c7986614add6f88f96 (MD5) Previous issue date: 2012-08-24 / O aumento da atividade econômica e do número de habitantes no mundo, juntamente com o uso não sustentável dos recursos hídricos, os despejos de efluentes sem tratamento no ambiente e o manejo inadequado das bacias hidrográficas, têm contribuído para diminuição da disponibilidade de água no planeta. Apesar de ser um recurso natural renovável, a água que retorna da atmosfera não ocorre de maneira uniformemente distribuída, nem no espaço geográfico, nem no tempo, tornando a sua boa gestão essencial para diminuição das consequências desastrosas dos eventos extremos de cheia e de escassez. Mas, uma gestão exitosa requer, além de profissionais qualificados, o uso de ferramentas para suporte à tomada de decisão. Neste contexto, a utilização de modelos hidrológicos pode auxiliar no planejamento e avaliação de práticas conservacionistas de solo e água e de manejo de bacias hidrográficas. Do exposto, o presente estudo teve o objetivo de avaliar a aplicabilidade do SWAT para a estimação de vazões em bacias hidrográficas no sul do Estado do Espírito Santo. Foram estudadas: a microbacia do córrego Jaqueira (MBJ), com aproximadamente 22,6 ha, e a sub-bacia do rio Itapemirim, à montante da estação fluviométrica de Rive (BIMR), com aproximadamente 2.237 km². Devido ao alto número de falhas e ao curto período de monitoramento hidrológico, não foi possível calibrar e verificar a aplicabilidade do modelo para a MBJ. Para a BIMR, na análise das vazões médias, estimou-se 45,5 m³ s-1 antes da calibração, e 32,6 m³ s-1 após a calibração, muito próxima da vazão média monitorada de 36,9 m³ s-1. Para o período de validação, a vazão média monitorada foi 22% maior (45,0 m³ s-1), enquanto a estimada foi de 33,9 m³ s-1, permanecendo próxima da vazão média estimada calibrada. Em análise gráfica, observou-se que, antes da calibração, as vazões mínimas estimadas ficaram abaixo das observadas, porém as vazões de pico eram superestimadas. Após a calibração, as vazões mínimas tiveram melhores correlações, enquanto as vazões de pico foram subestimadas. Na análise dos índices estatísticos, o R² passou de 0,74 para 0,76 após a calibração, mas foi reduzido para 0,63 no período de validação. Para o coeficiente de Nash Sufcliffe, houve uma melhora significativa do valor após a calibração, passando de -0,38 para 0,75, permanecendo com um valor aceitável de 0,57 no período de validação. O SWAT foi capaz de simular vazões em bacias hidrográficas do Sul do Espírito Santo, desde que não houvesse muitas falhas nos dados monitorados, sendo capaz inclusive de simular dados de outros períodos para os quais os parâmetros não foram ajustados / The increasing of world economic activity and the number of inhabitants, along with the unsustainable use of water resources, untreated wastewater release into the environment and inadequate watersheds management, has contributed to water availability decrease on the planet. Despite being a renewable natural resource, the water that returns from the atmosphere does not occur evenly distributed, either in geographic space or in time, making its good management essential to reduce disastrous consequences of extreme events of floods and droughts. But a successful management requires, as well as qualified professionals, the use of support decision tools. In this context, the use of hydrological models can assist in planning and assessment of conservation practices for soil and water and watershed management. In this light, the present study aimed to evaluate the SWAT capability to estimate flow in river basins in the southern of Espírito Santo state, Brazil. The Jaqueira stream watershed (MBJ), with approximately 22.6 ha, and Itapemirim river basin, upstream of the Rive fluviometric station (BIMR), with approximately 2,237 km², were studied. Due to the high number of gaps and short-term hydrological monitoring, was not possible to calibrate and verify model applicability for the MBJ. For BIMR, the analysis of the average flow rate was estimated by 45.5 m³ s-1, before calibration, and 32.6 m³ s-1 after calibration, closely to the monitored average flow, that was 36.9 m³ s-1. For the validation period, the average flow monitored was 22% higher (45.0 m³ s-1), while the estimated flow was 33.9 m³ s-1, remaining closely to the average calibrated estimated flow. In graphical analysis, it was observed that before calibration, the estimated minimum flow rates were below those observed, but the peak flows were overestimated. After calibration, the minimum flows had better correlations, while the peak flows were underestimated. In the analysis of statistical indexes, the R² increased from 0.74 to 0.76, after calibration, but was reduced to 0.63 in the validation period. For the Nash Sufcliffe coefficient, was verified a significant improvement of its value after calibration, from -0.38 to 0.75, remaining with an acceptable value in the validation period, 0.57. The SWAT was able to simulate flows in river basins in the southern of Espírito Santo state, since there were not many gaps in the monitored data, and also being able to simulate data from other periods for which the parameters were not adjusted

Estudos hidrológicos são extremamente importantes em projetos de obras lineares, nas quais o traçado deve minimizar o risco de instabilidade tanto na fase de construção como na fase de operação. O escoamento superficial, além de ser um parâmetro fundamental para a definição do traçado e dos projetos subsequentes, influencia diretamente a dinâmica dos processos geológico-geotécnicos na área do empreendimento. A presente pesquisa propõe um método para realizar uma estimativa das vazões máximas nas travessias de obras civis lineares, integrando modelos hidrológicos obtidos com Sistema de Informação Geográfica (SIG) e métodos usuais de cálculo de vazões de cheia. O método foi aplicado em um setor do oleoduto São Paulo – Brasília (OSBRA), entre os municípios de São Simão e Cravinhos (SP). O modelo hidrológico foi obtido no software ArcGIS 9.3, a partir da definição de uma área mínima de contribuição de 5 hectares, adequada para a escala da base cartográfica digital (1:10.000) e para as características da área de estudo. As 29 bacias de contribuição delimitadas foram posteriormente validadas na vistoria de campo. A compatibilidade entre as bacias geradas pelo modelo hidrológico e as bacias identificadas visualmente na área de estudo foi satisfatória. As vazões máximas foram calculadas pelo Método Racional (bacias com área inferior a 2 km²) e pelo Método Racional Modificado (bacias com área superior a 2 km²), que abrangeu o Método de McMath, o Método Racional com expoente redutor de área e o Método Racional com coeficiente de retardo, sendo o último o que apresentou os resultados mais razoáveis. O cálculo das vazões de cheia foi realizado para períodos de retorno de 10 e 50 anos, a partir dos quais foram gerados Mapas de Vazões Máximas, que foram utilizados para inferência de riscos de eventos perigosos de natureza geológico-geotécnica causados pela ação das águas pluviais na região do oleoduto. Como o traçado do oleoduto foi posicionado ao longo dos divisores principais, não foram identificados locais críticos. Posteriormente, o traçado do oleoduto foi utilizado como referência para uma aplicação do método proposto em um projeto de drenagem. As bacias com valores de vazões máximas classificados com muito baixos não foram incluídas devido aos fluxos pouco significativos. Para as bacias com valores de vazões de cheia classificados como baixos e médios, sugeriu-se a utilização de dispositivos de drenagem superficial. Para as bacias com vazões máximas classificadas como altas e muito altas, foi proposta a utilização de dispositivos de drenagem de transposição de talvegues. Os resultados obtidos na pesquisa permitiram a consolidação do método proposto para aplicação em outros tipos de obras lineares e em locais com diferentes características ambientais. / Hydrological studies are extremely important in linear constructions projects, in which the routing must minimize the risk of instability both during construction and in operation phase. The surface runoff, in addition of being a fundamental parameter to routing definition and subsequent projects, directly influences the dynamics of geological-geotechnical processes in the enterprise area. The present research proposes a method to estimate maximum flows in crossing locations in linear civil constructions, integrating hydrological models obtained with Geographic Information System (GIS) and usual methods of peak flows calculation. The method was applied in a sector of São Paulo – Brasília (OSBRA) oil pipeline, between the municipalities of São Simão and Cravinhos (SP). The hydrological model was obtained in ArcGIS 9.3 software, from the definition of a minimal area of contribution of 5 hectares, adequate for the scale of the digital cartographic base (1:10.000) and for the study area characteristics. The 29 delimited watersheds were subsequently validated in the field visit. The compatibility between watersheds generated in the hydrological model and watersheds visually identified in the study area was satisfactory. The maximum flows were calculated by Rational Method (watersheds with area less than 2 km²) e by Modified Rational Method (watersheds with area higher than 2 km²), which included McMath Method, Rational Method with reducing exponent area and Rational Method with retard coefficient, and the latter presented the most reasonable results. Peak flows calculation was performed for return periods of 10 and 50 years, from which were generated Maximum Flows Maps, which were used for inference of risks of hazardous events of geological-geotechnical nature caused by rainwater action in the pipeline region. The pipeline routing was positioned along the main dividers, therefore critical locations were not identified. Subsequently, the pipeline routing was used as a reference for application of the proposed method in a drainage project. Basins with maximum flows classified as very low were not included due to its low significance flows. For basins with peak flows values classified as low and medium, it was suggested the use of surface drainage devices. For basin with maximum flows classified as high and very high, it was proposed the use of thalwegs transposition drainage devices. The results obtained in the research allowed the consolidation of the proposed method to application in other types of linear constructions and in locals with different environmental characteristics.

Redes Neurais Artificiais (RNA's) vem sendo utilizada em diversas áreas do conhecimento inclusive para a previsão de séries temporais. O objetivo deste trabalho é utilizar uma RNA para o diagnóstico e prognóstico de vazão em bacias urbanas da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) com dados do radar meteorológio de São Paulo e os dados telemétricos da bacia do Alto Tietê. Uma RNA do tipo feedforward multicamadas, com aprendizado supervisionado e com o algoritmo de treinamento Linear Least Square SIMplex (LLSSIM, Hse et al. 1996) foram aplicados à bacia do Rio Tamanduateí. Dividiu-se os eventos disponíveis em três grupos; para o treinamento, verificação e previsão ideal com a RNA. Realizou o treinamento e verificação da rede com dados de vazão estimada e nível medido. Os erros de fase e amplitude foram utilizados para avaliar o desempenho da rede em cada uma das configurações empregadas. Estes indicam a importância da memória da bacia para o bom desempenho da RNA. Verifica-se também que nem sempre o aumento do número de camadas escondidas melhoram os resultados, bem como o aumento da quantidade de dados. Comparou-se ainda a performance da RNA contra um modelo auto regressivo sendo a primeira menos dependente da memória da bacia. Por último, realizou previsões do tipo ideal com resultados satisfatórios até 1 hora e 30 minutos de antecedência. Além deste período os erros crescem exponencialmente. / Artificial Neural Networks (ANN) have been widely used in several areas of science for many purposes, including time series forecasting. The objective of this work is to apply an ANN to simulate and to forecast streamflow at the outlet of the Tamanduateí basin. This urban basin is located within the Metropolitan Area of São Paulo (MASP). Radar and telemetric data are input to a multi-layer feedforward ANN. It is trained with the Linear Least Square SIMplex training algorithm (LLSSIM; Hse et al, 1996). Available flood events were divided up in three independent groups for training, verification and forecasting. The training and the verification of estimated streamflow and measured river stage were carried out. Phase and amplitude errors were used to evaluate the performance of the ANN for each configuration. The results indicate a better performance of the ANN when previous streamflow or river stage are input to the ANN. Furthermore, the increase of hidden layers not necessarily improve the results. The ANN was compared to an auto-regressive model. The former is less dependent on the basin memory. The ANN Forecasts yielded satisfactory results up to one and half-hour in advance. For longer time periods the errors tend to grow exponentially.

Este trabalho apresenta um modelo hidrológico da Bacia da Represa Guarapiranga. Localizada na porção Sudoeste da Região Metropolitana de São Paulo, ela fornece água para abastecimento de cerca de 20% da população. Pode ser considerada uma bacia urbana apesar da diversidade de uso e ocupação da terra. A partir de pesquisa bibliográfica, de informações das empresas que administram o sistema de abastecimento público e de investigação de campo, foi elaborado um modelo conceitual do sistema hidrológico da bacia. O modelo conceitual foi então representado sinteticamente em um diagrama de fluxos e armazenagem hídrica. Finalmente, o diagrama foi representado através de um sistema de equações. Foram identificados e reunidos todos os parâmetros e dados necessários para o teste e eventual calibragem do modelo proposto. Isto torna, desde agora, factível o teste e eventual calibragem, em etapa futura, tendo em vista a simulação de diversos cenários do impacto da variação da precipitação pluvial na bacia sobre o estoque de água para o abastecimento público. / This text presents a hydrological model of Guarapiranga\'s Basin. Localized on southwest portion of Metropolitan Region of São Paulo, it gives water for public supply of almost 20% of the population. It can be considered an urban basin in spite of the diversity of its land use and occupation. Based on bibliographic research, information from the companies that administrate the public system, and field observation, it was made a conceptual model of the hydrological system of the basin. The conceptual model was than synthetically represented on a fluxes and stocks diagram. Finally, the diagram was represented through an equation system. All the parameters and data necessary for test and calibration of the model proposed were identified and assembled. This made, yet now, possible the test and eventual calibration for simulating, in a future stage, various scenarios of pluvial precipitation variability in the basin on the public water supply.

Made available in DSpace on 2015-03-26T12:31:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1048332 bytes, checksum: d2cc8bcdce04c4c44c28d4f3c1b64a84 (MD5) Previous issue date: 2009-09-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The main form of agricultural land degradation is the soil water erosion which is caused by the action of rain and runoff, being affected by a large number of natural and antropic agents. Moreover, much of the water that flows over the soil surface represents a reduction in the volume of water that reaches the water table. The models are important tools for analysis, since they allow a better understanding of hydrological processes and the assesment of management practices and land use. The aim of this work was to develop and calibrate a hydrologic model to support the impact assessment of the use and management of soil on water availability and soil losses. In 2001, Pruski et al. proposed a hydrologic model to estimate the components of water balance in agricultural areas. The intensity of precipitation is obtained by a function derived from the i-d-f equation, resulting in a profile where the peak rainfall intensity occur in the beginning of precipitation and decreases until the end. The infiltration rate is based on the Green-Ampt-Mein-Larson (GAML) equation. A major limitation of the method is related to the precipitation intensity profile, because it is always associated with a recurrence period and does not properly represent the majority of natural rainfall. With regard to infiltration, the GAML equation is applied without adjustment of the input parameters, which can lead to errors in the infiltration estimate. To make easier the application of the hydrological model was developed a software (Simulação Hidrológica-SH2), whose main limitation is the difficulty of making continuous simulation. In this study we implemented some adjustments to the hydrological model: a) replacement of i-d-f equation by a double exponential equation to represent the precipitation profile; b) the parametrization of the GAML equation to estimate the infiltration rate; c) inclusion of the continuity equation for the simulation of the soil water erosion. The software was integrated with a weather generator (ClimaBR) to allow for daily simulation of hydrological processes, and a module for calculating the soil loss was added. For the evaluation of the model were used monthly and annual rainfall, runoff and soil loss data, obtained from four experimental plots located on the campus of the University of Santa Catarina State - UDESC, in the period from 2003 to 2008. The treatments were the soil without vegetation (SC), conventional tillage (PC), minimum tillage (CM) and no tillage (SD). The simulation was performed with two precipitation synthetic series, one set on a monthly basis (SABM) and another set on a daily basis (SABD). The combination of parameters which resulted in the best fit of the GAML equation was: the replacement of hydraulic conductivity (K0) by the constant infiltration rate (Tie); and the estimated matric potential at the wetting front as a function of hydraulic conductivity in the saturated zone ( Ψf(Kw)). The regression coefficients between the total monthly runoff observed and estimated showed the model has a tendency to underestimate the runoff during the months when major events occur, and to overestimate during the months when minor events were observed. With SABD the coefficients of regression equations were better than the SABM. The model underestimated the average annual runoff for SC, PC and CM, but overestimated for SD. However, were not found statistically significant differences between the observed average annual runoff and average annual runoff estimated by the model. The values of r2 were low. There was no statistically significant difference between the average soil loss rate observed and estimated by the model for the soil without vegetation (SC), but was significant for the other soil tillage. / A principal forma de degradação das terras agrícolas é a erosão hídrica do solo, que é causada pela ação da chuva e do escoamento superficial, sendo afetada por um grande número de agentes naturais e antrópicos. Além disso, grande parte da água que escoa sobre a superfície do solo representa uma redução do volume de água que atinge o lençol freático. Os modelos são ferramentas de análise importantes, uma vez que permitem uma melhor compreensão dos processos hidrológicos, a análise do desempenho de práticas de manejo e uso do solo. Assim sendo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e calibrar um modelo hidrológico de suporte à avaliação do impacto do uso e manejo do solo na disponibilidade de água e nas perdas de solo. Em 2001, Pruski et al. propuseram um modelo hidrológico que permite estimar os componentes do balanço hídrico em áreas agrícolas. A intensidade de precipitação é obtida por uma função derivada da equação de chuvas intensas, resultando em um perfil de precipitação onde a intensidade máxima ocorre no início da chuva e decresce até o final. A taxa de infiltração se baseia no modelo de Green-Ampt modificado por Mein-Larson (GAML). Uma das principais limitações do método está relacionada ao perfil de precipitação, pois o mesmo está sempre associado a um período de retorno e não representa adequadamente a maioria das chuvas naturais. No que diz respeito à infiltração, a equação GAML é aplicada sem ajuste dos parâmetros de entrada, o que pode levar a erros consideráveis na estimativa da infiltração. Para facilitar a aplicação do modelo hidrológico foi desenvolvido um software (Simulação Hidrológica-SH2), cuja principal limitação é a dificuldade de fazer simulação contínua. Neste trabalho foram implementadas algumas adequações ao modelo hidrológico: a) substituição da equação de chuvas intensas por uma equação dupla exponencial para representar o perfil de precipitação; b) ajuste dos parâmetros da equação GAML para estimar a taxa de infiltração; c) inclusão da equação da continuidade para a simulação da erosão hídrica. No software foi implementada a integração com um gerador de séries climáticas (ClimaBR) para permitir a simulação diária dos processos hidrológicos, e a inclusão de um módulo para o cálculo da perda de solo. Para a avaliação do modelo foram utilizados dados mensais e anuais de precipitação, escoamento superficial e perda de solo, obtidos de quatro parcelas experimentais localizadas no campus da Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC, em Lages (SC), no período de 2003 a 2008. Os tratamentos foram o solo sem cobertura (SC), preparo convencional (PC), cultivo mínimo (CM) e semeadura direta (SD). A simulação foi realizada com duas séries sintéticas de precipitação, uma ajustada em base mensal (SABM) e a outra ajustada em base diária (SABD). A melhor combinação de ajuste da equação GAML foi: a substituição da condutividade hidráulica (K0) pela taxa de infiltração estável (Tie), e a estimativa do potencial matricial na frente de umedecimento em função da condutividade hidráulica na zona de saturação ( Ψf(Kw)). Os coeficientes de regressão entre os valores mensais observados e o estimados mostraram que o modelo apresenta a tendência de subestimar o escoamento superficial nos meses em que ocorrem os maiores eventos, e de superestimar nos meses em que ocorrem os menores eventos observados. Com a SABD os coeficientes das equações de regressão foram melhores do que com a SABM. O modelo subestimou o escoamento médio anual para o SC, PC e CM, mas superestimou para a SD. No entanto, não houve diferença estatística significativa entre o escoamento médio anual observado e o escoamento médio anual estimado pelo modelo. Os valores de r2 para a regressão entre a perda de solo mensal observada e as perdas de solo mensais estimadas pelo modelo foram baixos. Não houve diferença estatística significativa entre a perda de solo média anual observada e a estimada pelo modelo para o solo sem cobertura (SC), mas foi significativa para os demais preparos de solo.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Hydrossedimentological monitoring and modeling have been used as important tools to evaluate and simulate the hydrosedimentological processes in rural watersheds, in order to effectively propose conservation practices in environmentally sensitive locations. The objective of this research was to evaluate the performance of a physically based hydrological model (LISEM - Limburg Soil Erosion Model) in quantifying runoff and erosion in a rural catchment with high spatial variability (horizontally and vertically) physical and hydrological characteristics of the soil. The catchment has an area of 1.19 km2 and is situated in the northeastern region of the Rio Grande do Sul state, Brazil. Soils are characterized by reduction of water flow in the vertical soil profile either by the small thickness (Entisols and Inceptisols) or textural gradient between horizons (Ultisols) - and are associated with variations of relief, which is composed of soft hills in the top section and mountainous in the bottom section of the catchment. The predominant land use is tobacco farming (Nicotiana tabacum L.), where the surface layer of the soil is tilled to form ridges. In the first stage of the study, five slopes of the basin used for tobacco cultivation were sampled to characterize the physical and hydraulic properties at different points in the relief (top, middle slope and lowland) and four soil layers (0.00 to 0.04, from 0.20 to 0.24, from 0.40 to 0.44 and from 0.60 to 0,64 m). Field trials were also conducted to determine the infiltration rate on the slopes, and equations were also established to estimate the saturated hydraulic conductivity in each layer of soil sampled. In the second step, the LISEM model was calibrated to represent the hydrograph and sedimentograph of 20 rainfall events monitored in the river mouth from 2009 to 2012. The results of the first stage show that there is horizontal and vertical variability of physical and hydraulic properties on the slopes, being that the hillsides have a higher saturated hydraulic conductivity due to its coarser texture. Both the hydraulic conductivity and the infiltration rate were effective in identifying the horizontal variability of water flow on the slopes. The hydraulic conductivity can be estimated with good accuracy when variables from subsoil layers, for example, the total sand content, are used. The results of the second stage of the study revealed that the LISEM had a good performance in modeling the hydrograph. However, it was not possible to represent the sedimentograph, and there was an overestimate in sediment production. The model s equations related to erosion do not represent the dynamics that occur in this catchment. / O monitoramento e a modelagem hidrossedimentológica têm sido utilizados como ferramentas importantes para avaliar e simular os processos hidrossedimentológicos em bacias hidrográficas rurais, com o intuito de propor, de forma eficaz, práticas conservacionistas em locais ambientalmente frágeis. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o desempenho de um modelo hidrológico de base física (LISEM Limburg Soil Erosion Model) em quantificar o escoamento superficial e o processo erosivo em uma bacia hidrográfica rural com grande variabilidade espacial (no sentido horizontal e vertical) das características físico-hídricas de solo. A bacia hidrográfica possui 1,19 km2 e está situada na região nordeste do estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Os solos são caracterizados pela redução do fluxo de água na direção vertical do perfil de solo seja pela pequena espessura (Neossolos e Cambissolos) ou pelo gradiente textural entre horizontes (Argissolos) e estão associados às variações do relevo, que é ondulado na fração superior e montanhoso na fração inferior da bacia. O uso do solo predominante é o cultivo do tabaco (Nicotiana tabacum L.), em que a camada superficial do solo é revolvida para a construção de camalhões. Na primeira etapa do estudo, cinco encostas da bacia utilizadas para o cultivo do tabaco foram amostradas para caracterização das propriedades físico-hídricas em diferentes pontos do relevo (topo, meia encosta e várzea) e em quatro camadas de solo (0,00 a 0,04, 0,20 a 0,24, 0,40 a 0,44 e 0,60 a 0,64 m). Também foram realizados ensaios de campo para determinação da taxa de infiltração básica nas encostas e, ainda, foram construídas equações para estimativa da condutividade hidráulica saturada em cada camada de solo amostrada. Na segunda etapa, o modelo LISEM foi calibrado para representar o hidrograma e o sedimentograma de 20 eventos monitorados no exutório da bacia entre no período de 2009 a 2012. Os resultados da primeira etapa comprovam que há variabilidade horizontal e vertical das propriedades físico-hídricas nas encostas, sendo que a meia encosta apresenta maior condutividade hidráulica saturada devido à textura mais grosseira neste local. Tanto a condutividade hidráulica quanto a taxa de infiltração básica foram eficazes em identificar a variabilidade horizontal do fluxo de água nas encostas. A condutividade hidráulica saturada pode ser estimada com boa precisão quando são usadas variáveis das camadas subsuperficiais do solo como, por exemplo, o teor de areia total. Os resultados da segunda etapa do estudo revelaram que o LISEM apresentou bom desempenho na modelagem do hidrograma. No entanto, não foi possível a representação do sedimentograma, sendo que houve superestimativa da produção de sedimentos. As equações do modelo relacionadas com o processo erosivo não representam a dinâmica que ocorre nesta bacia hidrográfica.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maycon Patricio de Hollanda.pdf: 2102332 bytes, checksum: a634a767fbb8a76a1897076e187fba8a (MD5) Previous issue date: 2012-12-19 / A utilização não sustentável dos recursos naturais tem gerado condições de escassez ou até mesmo esgotamento de alguns destes recursos. A água é um dos recursos naturais mais ameaçados pela exploração não sustentável. O estudo em bacias hidrográficas possibilita a integração dos fatores que condicionam a qualidade e a quantidade dos recursos hídricos, com os seus reais condicionantes físicos e antrópicos. A modelagem matemática constitui uma importante ferramenta para o gerenciamento dos recursos hídricos e o estudo geográfico de bacias hidrográficas. Do exposto, objetivou-se, avaliar a aplicabilidade do TOPMODEL para simular a vazão máxima (Qmáx), lâmina de escoamento superficial (LES) e hidrogramas de escoamento superficial em eventos de precipitação na microbacia hidrográfica do córrego Jaqueira (MCJ). A área de estudo possui 0,22 km², cinco tipos de uso e cobertura do solo, e um rio perene. Os dados de entrada do modelo constituíram-se do Indice topográfico, gerado a partir do MNT com resolução de 7m X 7m, da capacidade de água disponível na zona radicular, obtida por meio da média ponderada de cada valor para cada cobertura do solo, do déficit inicial de umidade na zona radicular, sendo considerado como 40% do SRmáx, da velocidade de propagação em canal, calculado a partir do tempo de concentração, e do armazenamento exponencial e da transmissividade efetiva do solo, ambos obtidos em literatura. Foram escolhidos 20 eventos durante o período de 19 de julho de 2009 a 28 de dezembro de 2011, no qual foram escolhidos de forma aleatória 6 eventos para calibração e 14 eventos para validação do modelo. Os eventos simulados no processo de calibração mostrou tendência de subestimar a Qmáx e LES em média 71% e 51%, respectivamente, ao final do processo foi calculado a média dos parâmetros de entrada tendo como critério os valores dos eventos que apresentaram valores positivos de eficiência, para serem utilizados no processo de validação. Após simular os 14 eventos destinados ao processo de validação do modelo, observou-se a tendência do modelo em simular 4 tipos de hidrogramas, que são, eventos em que os valores de Qmáx e LES foram subestimados em média de 50%, eventos que apresentam simulações com dois picos de Qmáx, em que o primeiro pico é subestimado e o segundo superestimado, eventos que apresentaram os melhores valores de eficiência com um pico bem definido, e eventos que apresentaram os piores valores de eficiência. Sendo que em resumo o modelo subestimou a Qmáx em 71% dos eventos e a LES em 51% dos eventos. Cabe destacar os eventos 6, 10 e 14 onde apresentaram eficiência acima de 0,70, e os eventos 9 e 11,em que por não terem suas amplitudes de intensidade de precipitação englobadas no processo de calibração apresentaram os piores resultados entre todos os eventos de validação analisados. Apesar do TOPMODEL apresentar baixa eficiência em diversas simulações dos hidrogramas de vazão de escoamento superficial, o modelo é promissor na modelagem dos hidrogramas, uma vez que os valores de vazão analisados na MCJ são muito pequenos / The unsustainable use of natural resources has generated conditions of scarcity or even exhaustion of some of these resources. Water is a natural resource most threatened by unsustainable exploration. The study watersheds enables integration of the factors that influence the quality and quantity of water resources, with its real physical and human constraints. Mathematical modeling is an important tool for the management of water resources and geographical study watershed. From the above, our aim was to evaluate the applicability of TOPMODEL to simulate the maximum flow (Qmáx), blade runoff (LES) and the runoff hydrographs for rainfall events in the microbasin hydrographic Jaqueira (MCJ). The study area has 0.22 km ², five types of land use and land cover, and a perennial river. The input data of the model consisted of topographic index, generated from the DEM with resolution of 7m x 7m, the available water capacity in the root zone, obtained by weighted average of each value for each ground cover, the initial deficit of moisture in the root zone, considered as 40% of SRmáx, propagation velocity in the channel, calculated from the time of concentration and storage exponential transmissivity and effective soil, both obtained in literature. 20 events were chosen during the July 19th, 2009 to December 28th, 2011, which were randomly selected for calibration 6 events and 14 events for model validation. The simulated events in the calibration process tended to underestimate the Qmáx and LES averaged 71% and 51%, respectively, at the end of the process was calculated average of the input parameters and values as a criterion of events that showed positive values efficiency to be used in the validation process. After the 14 events designed to simulate the process of validating the model, we observed a tendency of the model to simulate four types of hydrographs, which are events in which the values of Qmáx and LES were underestimated on average by 50%, events that showing simulations with two peaks Qmáx, where the first was underestimated and the second peak was overestimated, events that showed the best efficiency with a well defined peak, and events that showed the worst performance. In summary the model underestimated the Qmáx in 71% of events and the LES in 51% of events. It is worth mentioning events 6, 10 and 14 when it showed an accuracy of 0.70, and events 9 and 11, as for not their amplitudes of rainfall intensity encompassed by the calibration procedure gave the poorest results among all events Validation analyzed. Despite the low efficiency in TOPMODEL present several simulations of flow hydrographs of runoff, the model is promising in modeling of hydrographs, once that the values of flow analyzed in MCJ are very small

Este trabalho apresenta um modelo hidrológico da Bacia da Represa Guarapiranga. Localizada na porção Sudoeste da Região Metropolitana de São Paulo, ela fornece água para abastecimento de cerca de 20% da população. Pode ser considerada uma bacia urbana apesar da diversidade de uso e ocupação da terra. A partir de pesquisa bibliográfica, de informações das empresas que administram o sistema de abastecimento público e de investigação de campo, foi elaborado um modelo conceitual do sistema hidrológico da bacia. O modelo conceitual foi então representado sinteticamente em um diagrama de fluxos e armazenagem hídrica. Finalmente, o diagrama foi representado através de um sistema de equações. Foram identificados e reunidos todos os parâmetros e dados necessários para o teste e eventual calibragem do modelo proposto. Isto torna, desde agora, factível o teste e eventual calibragem, em etapa futura, tendo em vista a simulação de diversos cenários do impacto da variação da precipitação pluvial na bacia sobre o estoque de água para o abastecimento público. / This text presents a hydrological model of Guarapiranga\'s Basin. Localized on southwest portion of Metropolitan Region of São Paulo, it gives water for public supply of almost 20% of the population. It can be considered an urban basin in spite of the diversity of its land use and occupation. Based on bibliographic research, information from the companies that administrate the public system, and field observation, it was made a conceptual model of the hydrological system of the basin. The conceptual model was than synthetically represented on a fluxes and stocks diagram. Finally, the diagram was represented through an equation system. All the parameters and data necessary for test and calibration of the model proposed were identified and assembled. This made, yet now, possible the test and eventual calibration for simulating, in a future stage, various scenarios of pluvial precipitation variability in the basin on the public water supply.

La presente tesis muestra el modelamiento hidrológico e hidráulico de la quebrada Malanche, ubicada en el distrito de Punta Hermosa, con la finalidad de obtener el mapa de amenazas para crear un ambiente de conciencia frente a este fenómeno y generar planes para evitar o mitigar el impacto de este fenómeno. Se presenta un marco teórico que aborda conceptos relacionados al estudio, la metodología de la investigación y el desarrollo del modelo. Para el modelo hidrológico, se obtuvo los parámetros principales de la quebrada, fue necesario la adquisición de los datos históricos de precipitación de 24h máxima para elaborar su hidrograma. Asimismo, se usó el software Hyfran para el análisis estadístico de dicha data. El modelo hidrológico fue realizado con el software HEC-HMS 4.4 con ArcGIS 10.5 y su extensión HEC-GeoHMS. Así, se pudo determinar los caudales máximos para periodos de retorno de 25, 50, 100, 200 años. El modelo hidráulico fue desarrollado con FLO-2D PRO, el cual simula flujo de lodos. Para ello, se necesita al hidrograma calculado, a la topografía digital del terreno, la rugosidad del canal y de la planicie de inundación, hidrogramas sólidos y parámetros reológicos. De esta manera, FL0-2D nos reporta tirantes y velocidades del flujo de lodo para cada periodo de retorno. Su calibración consistió en verificar que los tirantes del modelo sean muy similares a las marcas de flujo de lodo registradas en campo. A partir de ello, se logró elaborar mapas de amenazas. / Mud flows are natural phenomena with great destructive power, very common in Peru. Affected areas are spaces delimited by a certain break, resulting in the main impacts in the delta. The damage they cause is considerable for their great energy, destroying or razing everything in its path, even demolishing structures of armed concrete. The present thesis shows the hydrological and hydraulic modeling of the Quebrada Malanche, located in the district of Punta Hermosa, developed with the purpose of obtaining the hazard map, which will allow the creation of an environment of awareness to natural phenomena and generate plans for the construction of structures that avoid or mitigate the impact of this phenomenon. A theoretical framework is presented that addresses the basic concepts related to the study of hydrology and hydraulics, the research methodology and the development of each model. For the hydrological model, the characterization of thr Quebrada Malanche was carried out and its main parameters were obtained, as well as the acquisition of historical data on maximum 24-hour rainfall. Hyfran software was also used for statistical analysis of this data. Thus, the hydrological model was made with the HEC-HMS version 4.4 software in collaboration with ArcGIS version 10. 5 and its HEC-GeoHMS extension. Thus, it was possible to determine the maximum flows under the return periods of 25, 50, 100, 200 years. The hydraulic model was developed with FLO-2D PRO software, which simulates non-Newtonian fluid flow. To do this, the input parameters to the hygrogram calculated in the hydrological model, the digital topography of the terrain, estimated values of the roughness of the channel and the floodplain, solid hygrograms and rheological parameters such as viscosity and yieldion effort were taken as input parameters. In this way you get the simulation for each established scenario, so, the FL0-2D program reports straps and speeds of the sludge flow for each return period. The calibration of the numerical model consisted of trying to match the straps of the model with the flow marks registered in the field and by analyzing their topography. From validation and with program outputs, a threat map can be developed to help mitigate the effects of sludge flow in areas surrounding the Malanche Quebrada. / Tesis

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.