Em virtude da existência de falhas em séries históricas hidrológicas ou até mesmo da não existência de dados monitorados nas bacias de interesse, a regionalização hidrológica se configura como uma ferramenta propícia para preencher essa lacuna, tornando-se útil para o conhecimento e a gestão dos recursos hídricos. Existe na literatura da hidrologia uma gama de metodologias que abordam a regionalização de dados ambientais, como a análise de agrupamento, a curva de permanência, a regressão múltipla, entre outros. No entanto, o objetivo do presente trabalho foi regionalizar vazões máximas a partir do hidrograma unitário instantâneo geomorfológico em bacias embutidas, com inserção da geometria hidráulica e geometria fractal. Para tal, propõe-se uma metodologia, inserindo ao modelo do Hidrograma Unitário Instantâneo Geomorfológico (GIUH), novos parâmetros de “entrada”, a geometria hidráulica (GH), a geometria fractal (GF) e a precipitação média anual (Pma). Aplicou-se esta metodologia na bacia do rio Ijuí, localizada na região noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Para isto, foram necessárias as seguintes etapas de trabalho: determinar o comportamento pluviométrico da bacia em estudo; determinar as relações matemáticas (expoentes e coeficientes) da GH na seção transversal do exutório de cada bacia; determinar os valores da GF para cada bacia e inserir as informações da GH e da GF no GIUH. Os dados utilizados no presente estudo (dados de precipitações diárias, perfil topobatimétrico das seções, dados diários de cota, e dados diários de vazões e medições de vazões medidas em campo) foram observados e medidos em nove sub-bacias embutidas à bacia do rio Ijuí, monitoramento realizado por CPRM e IPH-UFRGS. Estes dados foram utilizados para determinar a precipitação média anual, parâmetros (expoentes e coeficientes) de GH e de GF. Com dados observados de sete eventos, ocorridos simultaneamente nas respectivas bacias, calibrou-se o modelo GIUH. Após calibrado o modelo, através de uma regressão multivariada, foram ajustadas equações lineares e potenciais que relacionam (velocidade) com parâmetros de GH, GF e Pma, visando regionalizar que é um parâmetro de entrada para a geração do GIUH. Com a inserção destes novos parâmetros validou-se o modelo, aplicando-o em outro evento distinto, no qual se pode observar que o modelo apresentou bons resultados quando comparado com os valores observados. / Because of the lack in hydrological time series or even the shortage of monitored data in the basins of interest, hydrological regionalization is configured as a good tool to fill this shortage, making it useful for water resource understanding and its management. In hydrology, there are methodologies that address the regionalization of environmental data, such as cluster analysis, the flow duration curve, multiple regression, etc. However, the main objective of this study is to develop a method of regionalization to estimate peak flows in watersheds. Thus, a method to use the model Geomorphological Instant Unit Hydrograph (GIUH), with the insertion of new input parameters, that is, hydraulic geometry (HG), fractal geometry (FG) and mean annual rainfall (Pma) was proposed. As a case study, this method was applied to the Ijuí river basin, located in the northwestern region of Rio Grande do Sul State. For this, several specific objectives were: Verification of the spatial homogeneity of the rainfall regime in the basin; determination of the mathematical relationships of HG in the cross section of outfall of each basin; determination of FG values for each basin; insertion of HG and FG information into GIUH. The data used in this study (daily rainfall data, cross sections profile, daily water-level data, daily discharge data) were observed and measured in nine embedded sub-basins inside the Ijuí river basin. The monitoring was carried out by CPRM and IPH-UFRGS. These data were used to determine the Pma, parameters (exponents and coefficients) of HG and FG. With data observed in seven events, occurred simultaneously in the respective basins, the GIUH model was calibrated. After the model calibration, linear and potential equations relating (speed) with parameters of HG, FG and Pma, that aimed to regionalize which is an input parameter for the generation of GIUH, were adjusted through a multivariate regression. With the insertion of these new parameters, the model was validated in another distinct event occurred in the basin, in which it can be observed the model showed good results when compared with observed values.

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.

The theme of this research is the use of prediction models of Integrated Autoregressive and type of moving average- ARIMA, along with the Autoregressive models of Conditional Heterokedastic-ARCH. The first class of models is used to describe the level and the second, the volatility of the series. Has, as main objective of this research, predict and analyze the variability of the flow of inputs of the Jaguari River, by means of linear and non-linear mathematical models, in order to assist in the management of water resources of the river and for power generation of pinch Furnas do Secret. This dissertation consists of two scientific articles that characterize the hydrological behavior of the Jaguari River, using to this end, mathematical models that provide predictions of the flows and the measurement of the periods considered atypical for the time series. In the first article, have chosen the model SARMA (1,0,1)(1,0,1)12-ARCH (1) able to represent the average and the variability of flows of the Jaguari River in m3s in 1942 to 2006 period. In the second article, we use mathematical models of forecasting, along with implementation of intervention analysis, investigation of hydrological behavior of flows in monthly periods January 1970 to December 2010. To do so, mathematical models adopted: Holt-Winters exponential smoothing (AEHW), ARIMA, ARCH models, and intervention analysis, concluding that the model SARMA (1,0,0)(2,0,0)12-ARCH(1) was selected to represent the average hydrological behavior and the variability of flows, in order to make forecasts, taking into account the selection criteria AIC and MAD. The ARCH model presented a degree of persistence is smaller than one, indicating that the flows, in a short time, will return to his usual level. Intervention analysis, increases were observed in the flows of 15,68 m3/s and 18,47 m3/s, during periods of November 1994 and December of 2009, possibly caused by climatic phenomena. However, it appears that the joint ARIMA modeling-ARCH and the incorporation of intervention analysis come to aid in the energy planning of PCH, in order to allow for great levels of power generation in the future. / O tema desta pesquisa é a utilização de modelos de previsão do tipo Autorregressivos Integrados e de Médias Móveis- ARIMA, juntamente com os modelos Autorregressivos de Heterocedasticidade Condicional- ARCH. A primeira classe de modelos tem a função de descrever o nível e o segundo, a volatilidade da série em estudo. Tem-se, como objetivo principal desta pesquisa, prever o nível e analisar a variabilidade da vazão de afluências do rio Jaguari, por meio de modelos matemáticos lineares e não lineares, com o intuito de auxiliar na gestão dos recursos hídricos do referido rio e para a geração de energia da pequena central hidrelétrica Furnas do Segredo. A presente dissertação consta de dois artigos científicos que caracterizam o comportamento hidrológico do rio Jaguari, utilizando, para isso, modelos matemáticos que proporcionam realizar as previsões das vazões e a mensuração dos períodos considerados atípicos durante a série temporal. No primeiro artigo, selecionou-se o modelo SARMA (1,0,1)(1,0,1)12-ARCH (1) capaz de representar a média e a variabilidade da série de vazões do rio Jaguari em m3/s no período de 1942 a 2006. No segundo artigo, utilizam-se modelos matemáticos de previsão, juntamente com aplicação da análise de intervenção, na averiguação do comportamento hidrológico das vazões em períodos mensais de janeiro de 1970 a dezembro de 2010. Para isso, adotaram-se modelos matemáticos: Alisamento exponencial de Holt-Winters (AEHW), modelos ARIMA genérico, modelos ARCH, e análise de intervenção, concluindo-se que o modelo SARMA (1,0,0)(2,0,0)12-ARCH(1) foi o selecionado a representar o comportamento hidrológico médio e a variabilidade das vazões, para, assim, realizar as previsões, levando em conta critérios de seleção AIC e MAD. O modelo ARCH apresentou um grau de persistência menor do que um o que indica que as vazões, em um curto espaço de tempo, retornarão ao seu patamar usual. Na análise de intervenção, observaram-se acréscimos nas vazões de 15,68 m3/s e 18,47 m3/s, durante os períodos de novembro de 1994 e dezembro de 2009, possivelmente ocasionados por fenômenos climáticos. Conclui-se que a modelagem conjunta ARIMA-ARCH e a incorporação da análise de intervenção vêm como forma de auxiliar no planejamento energético da PCH, de modo a permitir satisfatórios níveis de geração de energia elétrica futura.

Em virtude da existência de falhas em séries históricas hidrológicas ou até mesmo da não existência de dados monitorados nas bacias de interesse, a regionalização hidrológica se configura como uma ferramenta propícia para preencher essa lacuna, tornando-se útil para o conhecimento e a gestão dos recursos hídricos. Existe na literatura da hidrologia uma gama de metodologias que abordam a regionalização de dados ambientais, como a análise de agrupamento, a curva de permanência, a regressão múltipla, entre outros. No entanto, o objetivo do presente trabalho foi regionalizar vazões máximas a partir do hidrograma unitário instantâneo geomorfológico em bacias embutidas, com inserção da geometria hidráulica e geometria fractal. Para tal, propõe-se uma metodologia, inserindo ao modelo do Hidrograma Unitário Instantâneo Geomorfológico (GIUH), novos parâmetros de “entrada”, a geometria hidráulica (GH), a geometria fractal (GF) e a precipitação média anual (Pma). Aplicou-se esta metodologia na bacia do rio Ijuí, localizada na região noroeste do Estado do Rio Grande do Sul. Para isto, foram necessárias as seguintes etapas de trabalho: determinar o comportamento pluviométrico da bacia em estudo; determinar as relações matemáticas (expoentes e coeficientes) da GH na seção transversal do exutório de cada bacia; determinar os valores da GF para cada bacia e inserir as informações da GH e da GF no GIUH. Os dados utilizados no presente estudo (dados de precipitações diárias, perfil topobatimétrico das seções, dados diários de cota, e dados diários de vazões e medições de vazões medidas em campo) foram observados e medidos em nove sub-bacias embutidas à bacia do rio Ijuí, monitoramento realizado por CPRM e IPH-UFRGS. Estes dados foram utilizados para determinar a precipitação média anual, parâmetros (expoentes e coeficientes) de GH e de GF. Com dados observados de sete eventos, ocorridos simultaneamente nas respectivas bacias, calibrou-se o modelo GIUH. Após calibrado o modelo, através de uma regressão multivariada, foram ajustadas equações lineares e potenciais que relacionam (velocidade) com parâmetros de GH, GF e Pma, visando regionalizar que é um parâmetro de entrada para a geração do GIUH. Com a inserção destes novos parâmetros validou-se o modelo, aplicando-o em outro evento distinto, no qual se pode observar que o modelo apresentou bons resultados quando comparado com os valores observados. / Because of the lack in hydrological time series or even the shortage of monitored data in the basins of interest, hydrological regionalization is configured as a good tool to fill this shortage, making it useful for water resource understanding and its management. In hydrology, there are methodologies that address the regionalization of environmental data, such as cluster analysis, the flow duration curve, multiple regression, etc. However, the main objective of this study is to develop a method of regionalization to estimate peak flows in watersheds. Thus, a method to use the model Geomorphological Instant Unit Hydrograph (GIUH), with the insertion of new input parameters, that is, hydraulic geometry (HG), fractal geometry (FG) and mean annual rainfall (Pma) was proposed. As a case study, this method was applied to the Ijuí river basin, located in the northwestern region of Rio Grande do Sul State. For this, several specific objectives were: Verification of the spatial homogeneity of the rainfall regime in the basin; determination of the mathematical relationships of HG in the cross section of outfall of each basin; determination of FG values for each basin; insertion of HG and FG information into GIUH. The data used in this study (daily rainfall data, cross sections profile, daily water-level data, daily discharge data) were observed and measured in nine embedded sub-basins inside the Ijuí river basin. The monitoring was carried out by CPRM and IPH-UFRGS. These data were used to determine the Pma, parameters (exponents and coefficients) of HG and FG. With data observed in seven events, occurred simultaneously in the respective basins, the GIUH model was calibrated. After the model calibration, linear and potential equations relating (speed) with parameters of HG, FG and Pma, that aimed to regionalize which is an input parameter for the generation of GIUH, were adjusted through a multivariate regression. With the insertion of these new parameters, the model was validated in another distinct event occurred in the basin, in which it can be observed the model showed good results when compared with observed values.

Submitted by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-18T19:06:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Carina Kruger_Bork.pdf: 11097613 bytes, checksum: bf0ec6ec6cd4ffe9ba892160a83f5741 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2018-06-18T19:46:53Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_Carina Kruger_Bork.pdf: 11097613 bytes, checksum: bf0ec6ec6cd4ffe9ba892160a83f5741 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-18T19:47:00Z (GMT). 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A análise estatística multivariada de agrupamento consiste numa ferramenta exploratória dos dados com intuito de classificar grupos homogêneos. Desta forma, utilizou-se o método hierárquico por meio das distâncias de dissimilaridade Euclidiana, Manhattan e Mahalanobis combinadas com os algoritmos de agrupamento de ligação simples, completa e de Ward, e o método não hierárquico k-means para obter relações entre as características pré-estabelecidas das bacias que contemplam a região em análise. O presente estudo teve como objetivo regionalizar as vazões mínimas Q90 e a Q95 no estado do Rio Grande do Sul utilizando a análise de agrupamento para a demarcação das regiões homogêneas, além de avaliar quais parâmetros influenciam em maior magnitude na determinação das vazões regionalizadas. Os resultados apontam que no geral as distâncias Euclidiana e Manhattam concordam mais do que a distância de Mahalanobis, entre os algoritmos de agrupamento destaca-se o algoritmo de Ward com o maior número de possibilidades para o corte no dendrograma. O método não hierárquico k-means também se mostrou favorável para determinação das regiões. Depois de testadas e analisadas todas as alternativas de cortes dos dendrogramas, juntamente com os grupos pelo método k-means, observou-se que a divisão de cinco regiões para o estado é a que proporciona os melhores resultados e ajustes para as equações de regionalização das vazões Q90 e Q95. A medida de heterogeneidade também mostrou-se importante para avaliar as regiões delimitadas, havendo a necessidade de exclusão de cinco estações de uma região para que fosse considerada homogênea. Entre as variáveis que melhor explicam as vazões encontra-se a área ou o perímetro nas quatro primeiras regiões, sendo que apenas na região V as variáveis foram o perímetro e a precipitação total anual média. Desta forma, a demarcação das regiões homogêneas, juntamente com as equações encontradas podem ser utilizadas para um melhor planejamento dos recursos hídricos pelos órgãos gestores no estado do Rio Grande do Sul. / Conflicts over water use arise from the lack of planning and management of water resources, which are linked to the inexistence of information that associates flows already granted with current water availability. The determination of the minimum flows Q90 and Q95, used as reference for the granting processes in the state of Rio Grande do Sul, is performed from the data collection of fluviometric stations. However, these do not contemplate all the hydrography, being necessary the use of the regionalization technique of flow, with the purpose of supplying the lack of data in places with little or no information. The multivariate cluster analysis consists of an exploratory data tool to classify homogeneous groups. In this way, the use of the hierarchical method for the Euclidian, Manhattan and Mahalanobis dissimilarity grouping combined with the simple link clustering algorithms, complete and Ward, and the non-hierarchical method k-means for the relations between the banks of the basins that contemplate the region under analysis. The present study aimed at regionalizing the Q90 and Q95 minimum flows in the state of Rio Grande do Sul using cluster analysis for the homogeneous regions demarcation, as well as evaluating which parameters have a greater influence on the determination of regionalized flows. The results show that, in general, the Euclidean and Manhattam distances agree more than the distance of Mahalanobis, among the grouping algorithms, the Ward algorithm is the most likely to cut the dendrogram. The non-hierarchical k-means method was also favorable in determining the regions. After testing and analyzing all dendrogram cutting alternatives, together with the groups by the k-means method, it was observed that the division of five regions into the state is the one that provides the best results and adjustments for the regionalization equations of the dendrograms flow rates Q90 and Q95. The measure of heterogeneity was also important to evaluate the delimited regions, and it was necessary to exclude five stations from one region to be considered homogeneous. Among the variables that best explain the flows are the area or the perimeter in the first four regions, and only in the V region were the perimeter and mean annual total precipitation. In this way, the demarcation of the homogeneous regions together with the equations can be used for a better planning of the water resources by the management organs in the state of Rio Grande do Sul.

Orientador: Secundino Soares Filho, Rosangela Ballini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T12:09:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marinho_ManoelHenriquedaNobrega_D.pdf: 2444321 bytes, checksum: f87889cc170b6491d56fb7b2058b7973 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Modelos de redes neurais artificiais treinados com algoritmos de retropropagação do erro foram desenvolvidos para a previsão de vazões médias mensais vários passos à frente. Essas previsões foram utilizadas em políticas de controle em malha aberta para o planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência. O posto hidrológico da usina hidrelétrica de Furnas foi selecionado para estudo de caso. Dois métodos foram implementados e testados para a previsão de vazões médias mensais vários passos à frente. O primeiro, denominado Método Direto, utiliza uma rede neural específica para prever cada passo à frente. O segundo, denominado Método Agregado, utiliza inicialmente uma rede neural para prever a soma das vazões vários passos à frente, desagregando posteriormente em valores mensais proporcionalmente aos valores médios do histórico de vazões. Os resultados indicaram que embora o Método Agregado tenha obtido pior desempenho que o Método Direto na comparação dos erros de previsão a cada passo, essa abordagem apresentou melhor desempenho quando comparados os erros de previsão da soma das vazões vários passos à frente. Os dois métodos foram então avaliados através da simulação da operação energética utilizando a política de controle em malha aberta. O resultado indicou um desempenho significativamente melhor para o Método Agregado, proporcionando uma maior geração hidrelétrica e um menor custo operacional / Abstract: Not informed / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Secundino Soares Filho, Ivette Luna Huamani / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T07:58:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MaianaSantos_M.pdf: 4275882 bytes, checksum: 1bc688bd7ffd93b0d9522e1800541de2 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A previsão de vazões médias mensais é um insumo fundamental para o planejamento da operação das usinas hidrelétricas do Sistema Interligado Nacional (SIN). Durante os últimos anos, diferentes modelos baseados em inteligência computacional têm sido sugeridos para esse problema. A principal contribuição desta dissertação é o desenvolvimento de um sistema de suporte para a previsão e geração de séries sintéticas de vazões mensais, necessárias para o planejamento da operação das usinas do SIN. Este sistema permite analisar o desempenho de modelos clássicos de geração de séries sintéticas e de previsão de vazões, permitindo comparações entre um conjunto específico de modelos clássicos de séries temporais e de inteligência computacional para todas as usinas hidrelétricas do SIN / Abstract: The prediction of monthly average inflows is a fundamental input for the operation planning of the hydroelectric plants of the National Interconnected System (SIN). During the last years, different models based on computational intelligence have been suggested for this problem. The main contribution of this dissertation is the development of a support system for the prediction and generation of synthetic series of monthly average inflows, necessary for planning the operation of the plants of SIN. This system permits to analyze the performance of different models for forecasting and generation of synthetic series of inflows, allowing the comparison between a set of models based on classical time series and computational intelligence for all the hydropower plants of the SIN / Mestrado / Energia Eletrica / Mestra em Engenharia Elétrica

Orientador: Ieda Geriberto Hidalgo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T19:15:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Signoriello_GiuseppeAlessandro_M.pdf: 31629174 bytes, checksum: 1674c1adcccf93d9b3ee9711be3f709e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta a comparação de dois modelos matemáticos desenvolvidos para prever vazões afluentes à usinas hidrelétricas. O objetivo é abordar os aspectos que determinam a qualidade do insumo fundamental para a programação da operação do sistema hidrotérmico brasileiro: a previsão de vazões. A ferramenta de suporte à avaliação dos modelos matemáticos é o SISPREV, gerenciador/executor de estudos de previsão de vazões desenvolvido na UNICAMP. Esta ferramenta permite ao usuário prever vazões diárias e mensais com base em modelos de Regressão Linear (RL) e Sistema de Inferência Neuro-Fuzzy (SINF). Avaliou-se a qualidade das previsões diárias e mensais dos modelos RL e SINF através da metodologia de mineração de dados Cross Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM). A CRISP-DM é baseada em um modelo hierárquico de processos comumente usados na descoberta de conhecimento. Os resultados mostram que o modelo RL apresenta um desempenho melhor para previsões diárias e o modelo SINF para as previsões mensais. Além disso, o modelo RL tem a tendência a ter bom desempenho de previsão nas situações típicas de chuva-vazão, enquanto os melhores índices de desempenho do modelo SINF caem nas condições atípicas, em particular com a contemporaneidade de altas vazões e baixas precipitações / Abstract: This work presents a comparison between two different mathematical models developed to predict inflows to hydropower plants. The purpose is to explore the aspects that determine the quality of an important input variable for operation planning of the Brazilian hydrothermal system: the inflows forecasting. The tool that supports the evaluation of the mathematical models is called SISPREV. It is a manager/runner of inflows forecasting studies developed at UNICAMP. This tool allows the user to predict daily and monthly inflows based on Linear Regression (RL) models and Neuro-Fuzzy Inference System (SINF). In this thesis, was evaluated the quality of daily and monthly forecasts of RL and SINF models using the methodology Cross Industry Standard Process for Data Mining. CRISP-DM is used in the discovery of knowledge and based on a hierarchical process model. The results show that the RL model performs better for daily predictions and the SINF model for monthly predictions. Furthermore, the RL model tends to have better performance in typical situations of rainfall-inflow, while the best performance indices of the SINF model fall in atypical conditions, in particular with the simultaneous high inflow rates and low precipitation / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This study aimed to apply and assess the simplified methodology used by Paiva et al (2006 b) in the basin of Vacacaí River, to obtain information about natural flows. The analyses were carried out based on hydrological information and the use of geoprocessing techniques to determine the water demands of rice farming and to sub-divide the basin. The study of the use and the occupation of the soil showed that the flood plains of the Vacacaí River are covered by rice fields that occupy 8.06% of the basin area. Factors such as scarcity of rainfall data as well as uncertainty in the demand values adversity affected the goodness of model fit, but it was possible to conclude that the methodology was really efficient in determining the natural flow of sub-basins with approximately 3456 km² of area, and that due to factors that were not considered in the model (e.g. spreading into rivers and storage purposes) it was not possible to obtain better results for sub-basins of larger dimensions. Among the ranges of discretized model, the ones which presented the best results were those with monthly generation and propagation of flow as well as the generation of daily flow and propagation of 7 day average flow, highlighting the monthly simulation due to the smoothing of monthly maximum flows which were not well represented. According to the sensitivity analysis of the parameters of the monthly version model, the values of the parameter kkt showed no sensitivity to the functions studied (coefficient of Nash and Sutcliffe, peak discharge and change in the drained volume), differently from the parameters directly related to superficial flow, Sat and Pes, which were the most sensitive when the peak discharge was considered. From this research, it was concluded that in areas where the number of rice fields is higher the flows in the fluviometric stations are underestimated, the knowledge about natural flows by managers then becomes relevant. / Este estudo teve por objetivo aplicar e avaliar a metodologia simplificada proposta por Paiva et al (2006 b) na bacia do Rio Vacacaí, com vistas à obtenção de informações de vazões naturais. As análises foram realizadas através de informações hidrológicas e da utilização de técnicas de geoprocessamento para determinação das demandas hídricas das lavouras orizícolas e para subdivisão da bacia. O estudo do uso e ocupação do solo realizado mostrou que as várzeas do Rio Vacacaí estão cobertas por lavouras orizícolas e que as mesmas ocupam 8,06% da área da bacia hidrográfica. Fatores como escassez de dados de chuva e incerteza nos valores de demanda adotados foram significantes para prejudicar a qualidade dos ajustes, entretanto foi possível perceber que a metodologia mostrou-se bastante eficiente na determinação das vazões naturais de sub-bacais com aproximadamente 3.456 km² de área e que devido a fatores não considerados no modelo, como propagação em rios e efeitos de armazenamento, não foi possível obter melhores resultados para sub-bacias de maiores dimensões. Dentre os intervalos de discretização do modelo, os que apresentaram os melhores resultados foram aqueles com geração e propagação de vazões mensais e geração de vazões diárias e propagação das vazões médias de 7 dias, destacando a simulação mensal devido ao amortecimento das vazões máximas, as quais não foram bem representadas. A análise de sensibilidade dos parâmetros do modelo versão mensal, demonstrou que a constante de recessão Kkt não apresentou sensibilidade para as funções estudadas (coeficiente de Nash e Sutcliffe, vazão de pico e variação do volume escoado) diferentemente dos parâmetros que estão diretamente relacionados com escoamento superficial, Sat e Pes, que foram os mais sensíveis quando considerada a vazão de pico. Por meio da pesquisa foi possível comprovar que em áreas onde há altos índices de lavouras de arroz, as vazões registradas nos postos fluviométricos são subestimadas, tornando-se importante para os gestores o conhecimento das vazões naturais.

A análise de freqüência de cheias através da distribuição de probabilidade generalizada de valores extremos-GEV tem crescido nos últimos anos. A estimação de altos quantis de cheias é comumente praticada extrapolando o ajuste, representado por uma das 3 formas inversas de distribuição GEV, para períodos de retorno bem superiores ao período dos dados observados. Eventos hidrológicos ocorrem na natureza com valores finitos, tal que, seus valores máximos seguem a forma assintótica da GEV limitada. Neste trabalho estuda-se a estimabilidade da distribuição GEV através de momentos LH, usando séries de cheias anuais com diferentes características e comprimentos, obtidas de séries de vazões diária gerada de diversas formas. Primeiramente, sequências estocásticas de vazões diárias foram obtidas da distribuição limitada como subjacente da distribuição GEV limitada. Os resultados da estimação dos parâmetros via momentos-LH, mostram que o ajuste da distribuição GEV as amostras de cheias anuais com menos de 100 valores, pode indicar qualquer forma de distribuição de valores extremos e não somente a forma limitada como seria esperado. Também, houve grande incerteza na estimação dos parâmetros obtidos de 50 séries geradas de uma mesma distribuição. Ajustes da distribuição GEV às séries de vazões anuais, obtidas séries de fluxo diários gerados com 4 modelos estocásticos disponíveis na literatura e calibrados aos dados dos rio Paraná e dos Patos, resultaram na forma de Gumbel. Propõe-se um modelo de geração diária que simula picos de vazões usando a distribuição limitada. O ajuste do novo modelo às vazões diárias do rio Paraná reproduziu as estatísticas diárias, mensais, anuais, assim como os valores extremos da série histórica. Além disso, a série das cheias anuais com longa duração, foi adequadamente descrita pela forma da distribuição GEV limitada. / Frequency analysis of floods by Generalized Extreme Value probability distribution has multiplied in the last few years. The estimations of high quantile floods is commonly practiced extrapolating the adjustment represented by one of the three forms of inverse GEV distribution for the return periods much greater than the period of observation. The hydrologic events occur in nature with finite values such that their maximum values follow the asymptotic form of limited GEV distribution. This work studies the identifiability of GEV distribution by LH-moments using annual flood series of different characteristics and lengths, obtained from daily flow series generated by various methods. Firstly, stochastic sequences of daily flows were obtained from the limited distribution underlying the GEV limited distribution. The results from the LH-moment estimation of parameters show that fitting GEV distribution to annual flood samples of less than 100 values may indicate any form of extreme value distribution and not just the limited form as one would expect. Also, there was great uncertainty noticed in the estimated parameters obtained for 50 series generated from the some distribution. Fitting GEV distribution to annual flood series, obtained from daily flow series generated by 4 stochastic model available in literature calibrated for the data from Paraná and dos Patos rivers, indicated Gumbel distribution. A daily flow generator is proposed which simulated the high flow pulses by limited distribution. It successfully reproduced the statistics related to daily, monthly and annual values as well as the extreme values of historic data. Further, annual flood series of long duration are shown to follow the form of asymptotic limited GEV distribution.