Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6179_1.pdf: 2344198 bytes, checksum: 2f2ca53d89ae998942002ce58254882e (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / O presente trabalho trata da macrodrenagem de regiões urbanas, densamente ocupadas, com elevado índice pluviométrico e sujeitas à influência de marés. São comparadas metodologias de análise do escoamento em redes complexas de rios urbanos, avaliando os ganhos resultantes do uso de informações espaciais de alta resolução. A bacia do rio Beberibe e a parte da bacia do rio Capibaribe inserida na Região Metropolitana de Recife, no estado de Pernambuco, são utilizadas como estudo de caso. A pesquisa foi montada com base de dados geooreferenciada em ambiente SIG Sistema de Informações Geográficas. Foi realizado levantamento em campo de todas as informações necessárias à definição do ambiente físico: dados relativos a 43 corpos d água, sendo 3 rios e 40 canais. Ao longo destes foram levantadas 334 seções transversais. Esses corpos d água foram agrupados em 23 sub-bacias para a análise hidrológica e de uso e ocupação do solo. Para composição do relevo utilizaram-se 308 cartas altimétricas da área, que foram digitalizadas, georreferenciadas e vetorizadas, montando-se daí o MNT Modelo Numérico do Terreno. Imagens de satélite de alta resolução foram utilizadas para a identificação dos canais e correção do traçado das sub-bacias, assim como para classificação dos usos do solo. Eventos de chuva com diferentes intensidades foram avaliados em processo de modelagem para determinação das vazões afluindo à rede de rios e canais, como aporte lateral ao longo de todos os trechos em estudo. O modelo de simulação hidrodinâmica da rede de rios incorpora essas contribuições e o efeito de maré a jusante. Esses resultados são comparados com métodos empíricos e lançados em forma de planície de inundação sobre imagem de satélite e mapas, para a identificação e quantificação dessas áreas. Destaca-se o ganho de qualidade da informação decorrente do uso das informações espaciais de alta resolução e o potencial de utilização do conjunto de metodologias

Made available in DSpace on 2018-08-01T22:56:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10518_TeseHelderMendes2016.pdf: 19226190 bytes, checksum: e8a7d9105e382eeca3144d81527a120b (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Neste trabalho, foi proposta uma ferramenta de calibração automática para o modelo Distributed Hydrology Soil Vegetation Model. O princípio básico do calibrador implementado é a utilização da meta-heurística Clustering Search (CS), que permite a obtenção, além da solução calibrada, de um conjunto de soluções sub-ótimas resultantes do processo. Essas soluções são utilizadas para a verificação da possibilidade de melhoria da calibração de uma sub-bacia por meio da aplicação das soluções obtidas para um conjunto de outras sub-bacias. A ferramenta e a metodologia de combinação proposta foram aplicadas na calibração de uma bacia hidrográfica da região sudeste do Brasil, formada por um conjunto de sub-bacias cujas vazões são monitoradas. Os resultados obtidos mostram que tanto a ferramenta quanto a metodologia de combinação propostas são eficientes, levando a uma melhoria considerável dos resultados da modelagem para a bacia. Palavras-chave: modelagem hidrológica. calibração. heurísticas.

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:16:41Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9043_1.pdf: 3666019 bytes, checksum: 8de16a0b018c98e5835509efad353569 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / Universidade Federal de Pernambuco / A modelagem hidrológica das vazões de saída em uma bacia hidrográfica pode ser mais precisa quando se usa parâmetros distribuídos ao longo da bacia e se leva em consideração suas características fisiográficas. model TOPMODEL utiliza o modelo digital do terreno, leva em consideração a área de contribuição a montante de cada célula e a declividade da célula, incorporando-os no índice topográfico que representa a potencialidade da célula em saturar. Assim, de acordo com a precipitação pluviométrica, com o estado de saturação do solo e com o déficit hídrico das células, calcula-se a vazão na seção exutória da bacia estudada. Para resolver alguns problemas existentes em aplicações do TOPMODEL a casos reais, foi feito o desenvolvimento teórico para implantar a distribuição espacial do déficit hídrico máximo, e realizada a implementação computacional no modelo. Neste caso foi utilizado o modelo TOPSIMPL, uma variante do modelo TOPMODEL que utiliza apenas 4 parâmetros. Esta nova versão foi aplicada à bacia do riacho Gameleira, afluente do rio Tapacurá, em Pernambuco. Para isto foi elaborado o modelo digital de terreno, instalado um sistema de aquisição automática de dados e, ao longo de 32 meses, foram armazenados os dados de precipitação pluviométrica e vazão a cada minuto. Foi realizada a calibração e validação das duas versões do TOPSIMPL com alguns eventos chuvosos na bacia do Gameleira e os resultados mostraram que as vazões na seção exutória tem seus valores calculados bastante semelhantes, tanto na versão 2 como na versão nova. Entretanto a versão nova mostrou uma melhor representação do estado de saturação das células. O déficit máximo, com sua distribuição espacial, propicia a aplicação do modelo em regiões semi-áridas, como é o caso do nordeste brasileiro, onde a camada de solo é rasa e a mesma pode atingir o limite máximo do déficit

Submitted by Gizele Lima (gizele.lima@inpa.gov.br) on 2017-05-23T14:08:20Z No. of bitstreams: 2 Bruna Wolfarth-Couto TESE_2015 FINAL IMPRIMIR.pdf: 10092268 bytes, checksum: 5b52c71522091ce96736ecde1da80908 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-23T14:08:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Bruna Wolfarth-Couto TESE_2015 FINAL IMPRIMIR.pdf: 10092268 bytes, checksum: 5b52c71522091ce96736ecde1da80908 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-10-09 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas - FAPEAM / In order to verify the reliability of the data set offered by SIVEP-Malaria and examine the relationship of precipitation and river water level in response to malaria cases, this study proposed: to evaluate the autochthonous events of Malaria of the Amazonas State from 2003 to 2014; to apply alternatives to reduce errors in the data; to analyze trends of seasonal standards of malaria with respect to local hydrological variability; and to identify the temporal behavior of malaria cases in relation to precipitation and river water level. Methods applied for the data analysis were divided in three processes: 1 - Data Cleaning to identify absent data, data interval and data consistency; 2- Filtering for malaria cases data and fluviometric data; and 3- Analysis of coherence and phase of wavelets to identify dominant modes of variability between variables. Results were divided in three chapters and demonstrated that: 1- the data set of SIVEP-Malaria show some limitations to fill the forms of notification in the spreadsheets of the Amazonas State, but this is an important and effective system to plan actions of control; 2- with respect to seasonal standards of malaria and hydrological variability, it is indicated seasonal trends of malaria from the wave shifting of high levels of the rivers. Peaks of malaria cases occurred between 1 and 4 months after the river high levels and have different characteristics according to the basin region analyzed; 3- the correlation of precipitation anomaly and river water level with malaria cases indicated that these variables oscillate mainly at the annual variability scale, however, other oscillations can be identified. Precipitation and river water level showed lags in relation to malaria cases, varying approximately 45 days before and after rain peaks and from 1 to 3 months after the peak of river water level. The understanding of the relationship of precipitation and river water level can clarify the impact of climatic and hydrological variables on the malaria cases. Plans of actions that consider the current environmental and climatic conditions for each location joined to the understanding of the lags between hydrological regimes and precipitation are fundamental keys to the monitoring and controlling of the malaria disease. / Com a finalidade de verificar a confiança dos dados disponibilizados pelo SIVEP-Malária e examinar a relação das variáveis de precipitação e nível d'água na resposta dos casos de malária, a proposta deste trabalho foi avaliar os casos autóctones do Estado do Amazonas para o período de 2003 a 2014, aplicar alternativas para reduzir margens de erros nos dados, analisar as tendências dos padrões sazonais da malária com relação à variabilidade hidrológica local e identificar o comportamento temporal da relação dos casos de malária com as variáveis de precipitação e nível d'água. Os métodos aplicados nas análise foram compreendidos em 3 processos: 1 - Tratamento tipo Data Cleaning para identificação de dados ausentes, intervalo e consistência dos mesmo; 2- Filtragem dos dados de casos de malária e dados fluviométricos e 3- Análise de Coerência e Fase de Ondeletas para a identificação dos modos dominantes de variabilidade entre as variáveis. Os resultados, divididos em 3 capítulos distintos, demonstraram que: 1- O Banco de dados do SIVEP-Malária apresenta algumas limitações no preenchimento das fichas de notificação das planilhas do Estado do Amazonas, porém é um sistema importante e eficaz para o planejamento das ações de controle; 2- Com relação aos padrões sazonais da malária e da variabilidade hidrológica, foram indicadas tendências de modulação da sazonalidade da malária a partir do deslocamento da onda de cheia dos rios. Os picos de casos de malária foram exibidos entre 1 a 4 meses após as cheias dos rios e possuem características distintas de acordo com a porção da bacia analisada; 3- O cruzamento das séries de anomalia de precipitação e nível d'água com os casos de malária indicaram que as variáveis oscilam principalmente na escala de variabilidade anual, no entanto outras oscilações puderam ser identificadas. A precipitação e o nível d'água apresentaram defasagens em relação aos casos de malária, variando aproximadamente 45 dias antes ou depois dos picos de chuva e em média de 1 a 3 meses após o pico de nível d'água. O entendimento da relação das variáveis de precipitação e nível d'água dos rios esclarecem o vínculo das variáveis climáticas e hidrológicas sobre as respostas que elas provocam sobre a malária. Planos de ações que contemplem a realidade ambiental e climática de cada localidade somado às condições de defasagens dos regimes hidrológicos e pluviométricos são elementos fundamentais para o monitoramento e auxílio no controle da doença.

Modelos hidrodinâmicos de grandes bacias são importantes ferramentas que preveem vazões, níveis e inundações em rios. No entanto, essas técnicas carregam erros consideráveis; uma parcela dos erros relacionadas a incertezas em parâmetros como cota de fundo e coeficientes de rugosidade. Dados de missões de altimetria espaciais recentes oferecem uma oportunidade para reduzir os erros de parâmetros através de métodos inversos. Esse estudo procura desenvolver e avaliar diferentes métodos de assimilação de dados de altimetria para melhorar a estimativa da cota de fundo de rios e da rugosidade de Manning em um modelo hidrodinâmico unidimensional. O estudo de caso foi em um trecho de 1.100 km do rio Madeira, tributário do Amazonas. Os métodos de assimilação testados foram: inserção direta, interpolação linear, o método de otimização global SCE-UA e uma adaptação do Filtro de Kalman. O método do Filtro de Kalman é composto por novas funções de covariância de origem física, baseadas em equações de escoamento permanente e efeitos de remanso. É avaliada a aptidão de missões altimétricas de diferentes resoluções espaciais e temporais, como o ICESAT, ENVISAT e JASON 2. Séries temporais de níveis de 7 estações fluviométricas e 5 perfis longitudinais do nível do rio obtidos por GPS foram usados para avaliar e validar os métodos de assimilação. Por fim, é discutido o potencial de futuras missões altimétricas como o ICESAT-2 e o SWOT através de testes sintéticos. Observou-se que a resolução espacial dos satélites foi um fator determinante no desempenho da assimilação. No caso real os desempenhos dos satélites ENVISAT e ICESAT superaram o desempenho do JASON 2. No caso sintético, a diferença do foi ainda mais evidente, tendo o SWOT apresentado a melhor performance seguido do ICESAT-2, ENVfam e JASfam. Os métodos de assimilação de dados que apresentaram os menores erros no nível modelado, tanto no caso real quanto sintético, foram o SCE-UA e o Filtro de Kalman seguidos pela Interpolação Linear e a Inserção Direta. Vale ressaltar que o método de otimização global (SCE-UA) é cerca de 10³ vezes mais custoso computacionalmente que o método baseado no Filtro de Kalman introduzido neste trabalho, tendo apresentado desempenhos semelhantes. / Hydrodynamic models of large rivers are important prediction tools of river discharge, height and floods. However, these techniques still carry considerable errors; part of them related to parameters uncertainties related to river bathymetry and roughness coefficient. Data from recent spatial altimetry missions offers an opportunity to reduce parameters uncertainty through inverse methods. This study aims to develop and access different methods of altimetry data assimilation to improve river bottom levels and Manning roughness estimations in a 1-D hydrodynamic model. The case study was a 1,100 km reach of the Madeira River, a tributary of the Amazon. The tested assimilation methods are direct insertion, linear interpolation, SCE-UA global optimization algorithm and a Kalman Filter adaptation. The Kalman Filter method is composed by new physically based covariance functions developed from steady-flow and backwater equations. It is accessed the benefits of altimetry missions with different spatio-temporal resolutions, such as ICESAT-1, ENVISAT and JASON 2. Level time series of 7 gauging stations and 5 GPS river height profiles are used to assess and validate the assimilation methods. Finally, the potential of future missions such as ICESAT-2 and SWOT satellites are evaluated trough synthetic tests. It was observed that the satellites spatial resolution affects significantly the data assimilation method performances. Results from ENVISAT and ICESAT data have presented lower errors than JASON 2 data assimilation results. Regarding the synthetic case, the difference between satellites performances related to spatial resolution were even more noticeable. SWOT data assimilation presented the best results, followed by ICESAT 2, ENVfam and JASfam at last. The data assimilation method that results on lowest errors, at both the synthetic and real case, were the SCE-UA and Kalman Filter methods followed by Linear Interpolation and Direct Insertion. However, the global optimization method (SCE-UA) request 10³ more computational processing time than the adapted Kalman Filter introduced in this paper, despite having presented similar performance.

Submitted by Inácio de Oliveira Lima Neto (inacio.neto@inpa.gov.br) on 2018-10-05T14:50:19Z No. of bitstreams: 2 conchy_taina.pdf: 3315660 bytes, checksum: 2855484baf777bb22ecff63d4f27cf9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-05T14:50:19Z (GMT). No. of bitstreams: 2 conchy_taina.pdf: 3315660 bytes, checksum: 2855484baf777bb22ecff63d4f27cf9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-06-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Janauacá floodplain, located in the central Amazon region (Brazil, AM) and on the left bank of the Solimões river, is a representative system of flood plains in the Amazon region. In the present study, based on in situ data and remote sensing data, it was sought to analyze the temporal dynamics of land use (1972-2016) and its impact on the hydrology of the basin. For this, 5 maps of land use were generated. In sequence, these 5 maps and 2 additional (representing deforested and forested areas) were used as input of a hydrological model (LUMP - FP) that generated 7 simulations (from September 2006 to December 2015) where the same meteorological conditions were maintained. The 5 maps of land use showed high overall accuracy (Kappa index> 0,8). The temporal analysis of the use of the soil emphasized a decrease of the areas of solid forest for an increase of the anthropic classes (pasture and swidden) and of altered vegetation (secondary vegetation). With regard to hydrological modeling, after validation in terms of water level and discharge (NSE> 0,95 for both), the model LUMP - FP was judged as capable of modeling the lake. The analysis of the impact of soil use on hydrology was carried out using three hydrological indicators. The estimates of run-off and rainfall ratios ranged from 0.48 to 0.56, and the estimates of evaporation ranged from 0,348 to 0,350 km³.year-. The model emphasized that these two parameters appeared to be sensitive to seasonality, but there is no significant difference when coverage is changed. However, it has been noted that deforestation leads to a slight decline in the ratio of run-off to rainfall. Refining the analysis, through a temporal analysis of these contributions, it was observed that: i) land changes affected the water balance more strongly in the dry years (and little in the flood years) and during the first part of the hydrological cycle (November to July); ii) changes in land use affected mainly the segment of run-off and river water contributions, and in the dry season, the water table actively contributes to the closure of the hydrological balance. / A várzea de Janauacá está localizada na região central da Amazônia (Brasil, AM), na margem esquerda do rio Solimões, e é um sistema representativo das planícies de inundação da região amazônica. No presente estudo, buscou-se, com base em dados in situ e dados de sensoriamento remoto, analisar a dinâmica temporal do uso do solo (1972-2016) e o impacto deste sobre a hidrologia da bacia. Para isso, foram gerados 5 mapas de uso do solo. Em sequência, estes 5 mapas e dois adicionais (representando desflorestado e florestado) foram usados como input de um modelo hidrológico (LUMP – FP) que gerou 7 simulações (de setembro de 2006 a dezembro de 2015), com as mesmas condições meteorológicas. Os 5 mapas de uso do solo mostraram alta acurácia global (índice Kappa>0,8). A análise temporal do uso do solo realçou uma diminuição das áreas de floresta firme para um incremento das classes antrópicas (pasto e roça) e de vegetação alterada (vegetação secundária). A respeito da modelagem hidrológica, após a validação em termos de nível de água e de descarga (NSE>0,95 para ambos), o modelo LUMP – FP foi julgado como apto a modelar o lago. A análise do impacto do uso do solo sobre a hidrologia foi realizada a partir de três indicadores hidrológicos. As estimativas da razão entre escoamento e chuva oscilaram entre 0,48 e 0,56 e as estimativas da evaporação oscilaram entre 0,348 e 0,350 km³ano-1. O modelo realçou que estes dois parâmetros pareceram sensíveis à sazonalidade, porém sem diferença significativa quando a cobertura é trocada. Todavia, notou-se que o desmatamento conduz a um leve declínio da razão entre o escoamento e a chuva. Refinando a análise, através de uma verificação temporal destas contribuições, foi observado que: i) as mudanças de terra afetaram fortemente o balanço hídrico nos anos secos (e pouco nos anos de cheia) e durante a primeira parte do ciclo hidrológico (novembro a julho); ii) as mudanças de uso da terra afetaram principalmente a parte das contribuições do escoamento e da água advinda do rio, e nas secas, o lençol freático contribui ativamente no fechamento do balanço hidrológico.

Modelos hidrodinâmicos de grandes bacias são importantes ferramentas que preveem vazões, níveis e inundações em rios. No entanto, essas técnicas carregam erros consideráveis; uma parcela dos erros relacionadas a incertezas em parâmetros como cota de fundo e coeficientes de rugosidade. Dados de missões de altimetria espaciais recentes oferecem uma oportunidade para reduzir os erros de parâmetros através de métodos inversos. Esse estudo procura desenvolver e avaliar diferentes métodos de assimilação de dados de altimetria para melhorar a estimativa da cota de fundo de rios e da rugosidade de Manning em um modelo hidrodinâmico unidimensional. O estudo de caso foi em um trecho de 1.100 km do rio Madeira, tributário do Amazonas. Os métodos de assimilação testados foram: inserção direta, interpolação linear, o método de otimização global SCE-UA e uma adaptação do Filtro de Kalman. O método do Filtro de Kalman é composto por novas funções de covariância de origem física, baseadas em equações de escoamento permanente e efeitos de remanso. É avaliada a aptidão de missões altimétricas de diferentes resoluções espaciais e temporais, como o ICESAT, ENVISAT e JASON 2. Séries temporais de níveis de 7 estações fluviométricas e 5 perfis longitudinais do nível do rio obtidos por GPS foram usados para avaliar e validar os métodos de assimilação. Por fim, é discutido o potencial de futuras missões altimétricas como o ICESAT-2 e o SWOT através de testes sintéticos. Observou-se que a resolução espacial dos satélites foi um fator determinante no desempenho da assimilação. No caso real os desempenhos dos satélites ENVISAT e ICESAT superaram o desempenho do JASON 2. No caso sintético, a diferença do foi ainda mais evidente, tendo o SWOT apresentado a melhor performance seguido do ICESAT-2, ENVfam e JASfam. Os métodos de assimilação de dados que apresentaram os menores erros no nível modelado, tanto no caso real quanto sintético, foram o SCE-UA e o Filtro de Kalman seguidos pela Interpolação Linear e a Inserção Direta. Vale ressaltar que o método de otimização global (SCE-UA) é cerca de 10³ vezes mais custoso computacionalmente que o método baseado no Filtro de Kalman introduzido neste trabalho, tendo apresentado desempenhos semelhantes. / Hydrodynamic models of large rivers are important prediction tools of river discharge, height and floods. However, these techniques still carry considerable errors; part of them related to parameters uncertainties related to river bathymetry and roughness coefficient. Data from recent spatial altimetry missions offers an opportunity to reduce parameters uncertainty through inverse methods. This study aims to develop and access different methods of altimetry data assimilation to improve river bottom levels and Manning roughness estimations in a 1-D hydrodynamic model. The case study was a 1,100 km reach of the Madeira River, a tributary of the Amazon. The tested assimilation methods are direct insertion, linear interpolation, SCE-UA global optimization algorithm and a Kalman Filter adaptation. The Kalman Filter method is composed by new physically based covariance functions developed from steady-flow and backwater equations. It is accessed the benefits of altimetry missions with different spatio-temporal resolutions, such as ICESAT-1, ENVISAT and JASON 2. Level time series of 7 gauging stations and 5 GPS river height profiles are used to assess and validate the assimilation methods. Finally, the potential of future missions such as ICESAT-2 and SWOT satellites are evaluated trough synthetic tests. It was observed that the satellites spatial resolution affects significantly the data assimilation method performances. Results from ENVISAT and ICESAT data have presented lower errors than JASON 2 data assimilation results. Regarding the synthetic case, the difference between satellites performances related to spatial resolution were even more noticeable. SWOT data assimilation presented the best results, followed by ICESAT 2, ENVfam and JASfam at last. The data assimilation method that results on lowest errors, at both the synthetic and real case, were the SCE-UA and Kalman Filter methods followed by Linear Interpolation and Direct Insertion. However, the global optimization method (SCE-UA) request 10³ more computational processing time than the adapted Kalman Filter introduced in this paper, despite having presented similar performance.

Modelos hidrodinâmicos de grandes bacias são importantes ferramentas que preveem vazões, níveis e inundações em rios. No entanto, essas técnicas carregam erros consideráveis; uma parcela dos erros relacionadas a incertezas em parâmetros como cota de fundo e coeficientes de rugosidade. Dados de missões de altimetria espaciais recentes oferecem uma oportunidade para reduzir os erros de parâmetros através de métodos inversos. Esse estudo procura desenvolver e avaliar diferentes métodos de assimilação de dados de altimetria para melhorar a estimativa da cota de fundo de rios e da rugosidade de Manning em um modelo hidrodinâmico unidimensional. O estudo de caso foi em um trecho de 1.100 km do rio Madeira, tributário do Amazonas. Os métodos de assimilação testados foram: inserção direta, interpolação linear, o método de otimização global SCE-UA e uma adaptação do Filtro de Kalman. O método do Filtro de Kalman é composto por novas funções de covariância de origem física, baseadas em equações de escoamento permanente e efeitos de remanso. É avaliada a aptidão de missões altimétricas de diferentes resoluções espaciais e temporais, como o ICESAT, ENVISAT e JASON 2. Séries temporais de níveis de 7 estações fluviométricas e 5 perfis longitudinais do nível do rio obtidos por GPS foram usados para avaliar e validar os métodos de assimilação. Por fim, é discutido o potencial de futuras missões altimétricas como o ICESAT-2 e o SWOT através de testes sintéticos. Observou-se que a resolução espacial dos satélites foi um fator determinante no desempenho da assimilação. No caso real os desempenhos dos satélites ENVISAT e ICESAT superaram o desempenho do JASON 2. No caso sintético, a diferença do foi ainda mais evidente, tendo o SWOT apresentado a melhor performance seguido do ICESAT-2, ENVfam e JASfam. Os métodos de assimilação de dados que apresentaram os menores erros no nível modelado, tanto no caso real quanto sintético, foram o SCE-UA e o Filtro de Kalman seguidos pela Interpolação Linear e a Inserção Direta. Vale ressaltar que o método de otimização global (SCE-UA) é cerca de 10³ vezes mais custoso computacionalmente que o método baseado no Filtro de Kalman introduzido neste trabalho, tendo apresentado desempenhos semelhantes. / Hydrodynamic models of large rivers are important prediction tools of river discharge, height and floods. However, these techniques still carry considerable errors; part of them related to parameters uncertainties related to river bathymetry and roughness coefficient. Data from recent spatial altimetry missions offers an opportunity to reduce parameters uncertainty through inverse methods. This study aims to develop and access different methods of altimetry data assimilation to improve river bottom levels and Manning roughness estimations in a 1-D hydrodynamic model. The case study was a 1,100 km reach of the Madeira River, a tributary of the Amazon. The tested assimilation methods are direct insertion, linear interpolation, SCE-UA global optimization algorithm and a Kalman Filter adaptation. The Kalman Filter method is composed by new physically based covariance functions developed from steady-flow and backwater equations. It is accessed the benefits of altimetry missions with different spatio-temporal resolutions, such as ICESAT-1, ENVISAT and JASON 2. Level time series of 7 gauging stations and 5 GPS river height profiles are used to assess and validate the assimilation methods. Finally, the potential of future missions such as ICESAT-2 and SWOT satellites are evaluated trough synthetic tests. It was observed that the satellites spatial resolution affects significantly the data assimilation method performances. Results from ENVISAT and ICESAT data have presented lower errors than JASON 2 data assimilation results. Regarding the synthetic case, the difference between satellites performances related to spatial resolution were even more noticeable. SWOT data assimilation presented the best results, followed by ICESAT 2, ENVfam and JASfam at last. The data assimilation method that results on lowest errors, at both the synthetic and real case, were the SCE-UA and Kalman Filter methods followed by Linear Interpolation and Direct Insertion. However, the global optimization method (SCE-UA) request 10³ more computational processing time than the adapted Kalman Filter introduced in this paper, despite having presented similar performance.

TOLEDO, C. E. Conectividade hidrológica em ambiente semiárido: estudo de caso bacia hidrográfica do açude Orós. 2013. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Centro de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Daniel Eduardo Alencar da Silva (dealencar.silva@gmail.com) on 2015-01-30T19:41:42Z No. of bitstreams: 1 2013_tese_cetoledo.pdf: 6343025 bytes, checksum: 85178d80e590e3c7adfb027826a748ba (MD5) / Approved for entry into archive by Margareth Mesquita(margaret@ufc.br) on 2015-02-09T14:07:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_tese_cetoledo.pdf: 6343025 bytes, checksum: 85178d80e590e3c7adfb027826a748ba (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-09T14:07:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_tese_cetoledo.pdf: 6343025 bytes, checksum: 85178d80e590e3c7adfb027826a748ba (MD5) Previous issue date: 2013 / Attempting to solve the drought problem, political decisions prioritized the construction of reservoirs, what eventually resulted in the construction of a "high density network of reservoirs" in the Brazilian Northeast. Usually, a reservoir interrupts the natural river flow, thus interfering in the water dynamics downstream. This work was aimed at studying the processes involved in the hydrological connectivity as well as the interference of multiple reservoirs in the hydrologic network connectivity of a large semiarid basin. The case study is the catchment area of the Orós - BHAO (24,211 km2 ) reservoir, located in Semiarid Ceará. The research began with a survey of the BHAO dense reservoir network topology, conducted using remote sensing (RS), GIS tools (GIS) and satellite image at the end of the 2011 rainy season. The hydrological connectivity analysis was performed using the 'Reservoir Network Model' (ResNetM), which simulated hydrologic processes and considered the hydrological connectivity between the reservoirs, according to the criteria established in this research model. While seeking to identify the key natural and anthropogenic factors affecting the hydrological connectivity of the basin, an analysis of input sensitivity (IS) of some input parameters of the model was performed, this allowed us to evaluate the reservoir network impact on the stored volume on the Orós reservoir. The survey of the network of reservoirs with SR and automatic GIS tools showed two shortcomings: the misinterpretation of shadows as reservoirs and the misidentification of the actual water surface due to the macrophyte presence in reservoirs. Thus, of the 6,002 automatically generated polygons, only 4717 polygons (79%) were confirmed as reservoirs, after manual adjustment. The survey found that in the last decade, there was a 17.5% increase in the number of BHAO reservoirs and that, in regions with crystalline geology, the density of reservoirs is 80% higher than in regions of sedimentary geology. The sensitivity analysis indicated that the number of reservoirs in the network was the variable to which the system showed higher sensitivity (SI = 1.07), considering the hydrological connectivity. In contrast, the evaporation variation (SI = 0.19) and loss in transit (SI = 0.01) did not induce significant changes on BHAO hydrological connectivity. Also, the volume stored in the Orós reservoir showed no significant changes (SI = 0.21) when the reservoir network topology was modified. For example, when the removal of small and medium network reservoirs (4,664, or 98.9% of the reservoirs) was simulated, the Orós reservoir indicated an increase of only 14% in its average volume stored. Based on observations, it was concluded that there was a reduction in the rate of annual BHAO reservoir increment in the past 10 years, marking the beginning of the stabilization phase of the said network. Among the evaluated natural elements, it was the (natural) runoff coefficient which was demonstrated to have the most significance for the hydrological connectivity. Its importance is due to the fact that in the BHAO natural system, underground flow is infrequent. Of the human elements analyzed, the dense reservoir network, obtained the highest importance for hydrological connectivity. The reason for this is that the reservoirs promote the lamination of the flood wave, increasing the number of days with river flow and, consequently, increase the frequency of hydrological connectivity. In addition, new reservoirs decrease the length of the passages to be connected, reducing losses in transit and promoting hydrological connectivity. The variation of the reservoir network demonstrated that decreasing the number of network reservoirs, a decrease in BHAO hydrological connectivity occurs, not changing, however, significantly the inflow to the Orós reservoir, the convergence focus of the network. A dense reservoir network showed that, at the beginning of the rainy season, it acts as a barrier to river flow, breaking hydrological connectivity. Over time and with continued rainfall, the thousands of reservoirs promote hydrological connectivity by lamination of the flood wave. / Para tentar auxiliar na resolução do problema da seca, as decisões políticas priorizaram a construção de reservatórios, produzindo “redes de alta densidade de reservatórios” na região Nordeste Brasileira. Via de regra, a construção de um reservatório interrompe o fluxo natural do rio, interferindo, assim, na dinâmica de água a jusante. Objetivou com esse trabalho estudar os processos envolvidos na conectividade hidrológica, bem como a interferência da rede de múltiplos reservatórios na conectividade hidrológica de uma grande bacia semiárida. O estudo de caso é a bacia hidrográfica do açude Orós – BHAO (24.211 km2), situada no Semiárido do Ceará. A pesquisa foi iniciada com o levantamento da topologia da rede densa de reservatório da BHAO, realizada utilizando técnicas de sensoriamento remoto (SR), ferramentas de geoprocessamento (SIG) e imagem de satélite no fim do período chuvoso de 2011. A análise da conectividade hidrológica foi realizada usando o modelo ‘Reservoir Network Model’ (ResNetM), que simulou os processos hidrológicos e considerou a conectividade hidrológica entre os reservatórios, conforme os critérios estabelecidos nesta pesquisa. Na busca de se identificar os principais elementos naturais e antrópicos da bacia que afetam a conectividade hidrológica, foi realizada uma análise de sensibilidades (IS) de alguns parâmetros de entrada do modelo, o que possibilitou avaliar o impacto da rede de reservatórios sobre o volume armazenado no açude Orós. O levantamento da rede de reservatórios com SR e ferramentas automáticas de SIG demonstrou duas falhas: a interpretação de sombras como reservatórios e a má identificação da superfície da água real devido à presença de macrófitas nos reservatórios. Desse modo, foram gerados automaticamente 6.002 polígonos, dos quais, após ajuste manual, confirmaram-se, como reservatórios, apenas 4.717 polígonos (79%). A pesquisa constatou que, na última década, ocorreu um aumento de 17,5% no número de reservatório da BHAO e que, nas regiões com embasamento cristalino, a densidade de reservatórios é 80% maior do que nas regiões sobre geologia sedimentar. A análise de sensibilidade indicou que o número de reservatório da rede foi a variável à qual o sistema apresentou maior sensibilidade (IS = 1,07), considerando-se a conectividade hidrológica. Contrariamente, a variação da evaporação (IS = 0,19) e da perda em trânsito (IS= 0,01) não induziu a mudanças significativas da conectividade hidrológica da BHAO. O volume armazenado no açude Orós não sofreu mudanças significativas (IS = 0,21) ao se modificar a topologia da rede de reservatório. Por exemplo, ao se simular a retirada dos pequenos e médios reservatórios da rede (4.664, ou 98,9% dos reservatórios), o açude Orós indicou um acréscimo de apenas 14% em seu volume médio armazenado. Com base nas observações, concluiu-se que ocorreu uma redução na taxa de incremento anual de reservatórios na BHAO nos últimos 10 anos, o que marca o início da fase de estabilização da referida rede. Entre os elementos naturais avaliados, o coeficiente de escoamento superficial (natural) foi o que demonstrou maior significância para a conectividade hidrológica. Sua importância deve-se ao fato de, no sistema natural da BHAO, raramente se observa escoamento de base significativo. Dos elementos antrópicos analisados, a rede densa de reservatórios, obteve a maior importância para a conectividade hidrológica. O motivo para esse comportamento é que os reservatórios promovem a laminação da onda de cheia, aumentando o número de dias com vazão fluvial e, consequentemente, maior frequência da conectividade hidrológica. Além disso, novos reservatórios diminuem o comprimento dos trechos a serem ligados, atenuando as perdas em trânsito e facilitando a ocorrência da conectividade hidrológica. A variação da rede de reservatório comprovou que, ao diminuir o número de reservatório da rede, ocorre uma redução na conectividade hidrológica da BHAO, porém, não altera significativamente a vazão afluente ao açude Orós, o exutório da bacia deste trabalho. A rede densa de reservatórios provou que, no início do período chuvoso, atua como barreira à vazão fluvial, causando a quebra da conectividade hidrológica. Com o passar do tempo e com a continuidade da precipitação, os milhares de reservatórios favorecem a conectividade hidrológica por meio da laminação da onda de cheia.

CABRAL, S. L. Intervalo de tempo de máxima previsibilidade no acoplamento de modelos climáticos e hidrológico para gerenciamento de reservatório. 2014. 139 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-10T18:38:57Z No. of bitstreams: 1 2014_tese_slcabral.pdf: 4808746 bytes, checksum: 0db5af5aa3dae7c70268fccfdf360f87 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-16T10:35:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_tese_slcabral.pdf: 4808746 bytes, checksum: 0db5af5aa3dae7c70268fccfdf360f87 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-16T10:35:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_tese_slcabral.pdf: 4808746 bytes, checksum: 0db5af5aa3dae7c70268fccfdf360f87 (MD5) Previous issue date: 2014-10-06 / This work seeks to integrate climatic, hydrologic, and reservoir operation models in order to optimize available water volume in the Brazilian Northeast. The global ECHAM 4.5 climate model was used to feed the RAMS regional climate model for the Alto Jaguaribe hydrographic basin. Resulting precipitation values were calibrated by the probability density function (PDF) correction of simulated data compared with average daily precipitation data using the Thiessen method for the period 1979-2009. The Heidke Skill Score (HSS) was used to evaluate model performance in the Maximum Predictable Time Interval (ITEMP) of the atmospheric model. These PDF-corrected precipitation data, both observed and RAMS-simulated, were inserted in the hydrologic Soil Moisture Account (SMA) model from the Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) to determine modeled flows. These flows were then compared with median observed flows. To calibrate and validate the SMA, an iterative method was used to minimize percentage error of volume. The data returned by this cascade model was applied to assisting policy-makers determine water releases from the Orós reservoir. Three different scenarios were compared, the first based on observed flows, the second flows simulated by SMA with observed precipitation, and the third by flows simulated by SMA driven by the RAMS-PDF precipitation data. The RAMS model showed optimal efficiency in precipitation prediction on a 30 to 45 day interval, with HSS values of 0.56. The SMA model showed satisfactory performance with Nash-Sutcliffe values of 0.89 in the calibration phase and 0.67 in the validation phase, demonstrating its capacity to assist hydrological modeling in the semi-arid. This cascade model showed potential in accurately representing median inflows for the reservoir and as such can be used as a hydrologic tool, assisting reservoir operation decisions to meet the region’s demand. Keywords: Soil Moisture Account; hydrologic / O presente trabalho visa o acoplamento de modelo atmosférico, hidrológico e de operação de reservatório com vistas à otimização da liberação de águas no semiárido do nordeste brasileiro. O modelo atmosférico regional RAMS foi forçado pelo modelo atmosférico global ECHAM 4.5, na bacia hidrográfica do Alto Jaguaribe, e em seguida, aplicada a correção probability density function (PDF) nos dados simulados e comparado com dados diário de precipitação média observada pelo método de Thiessen no período de 1979-2009. Foi utilizando o Heidke Skill Score (HSS) como métrica principal para avaliar o desempenho da previsão em busca do Intervalo de Tempo de Máxima Previsibilidade (ITEMP) do modelo atmosférico. Os dados de precipitações observados e simulados pelo RAMS com correções PDFs foram inseridos no modelo hidrológico Soil Moisture Account (SMA) do Hydrologic Engineering Center - Hydrologic Modeling System (HEC-HMS), e comparado com as vazões médias observadas. Para a calibração e validação do SMA, foi realizado um método interativo para minimizar uma função objetivo, com base no erro percentual do volume. Por fim foi desenvolvido e avaliado um modelo de cascata a fim de comparar as decisões operacionais de liberação do reservatório Orós com diferentes cenários com base nas vazões observadas, vazões simuladas pelo SMA com a precipitação observada e vazões simuladas pelo SMA forçada com o RAMS-PDF. O modelo RAMS mostrou melhor eficiência na previsão da precipitação no intervalo de 30 a 45 dias, com valores de HSS = 0,56. O modelo SMA mostrou desempenho satisfatório com valores de Nash-Sutcliffe de 0,89 na fase de calibração e 0,67 na fase de validação, mostrando ser uma nova alternativa de utilização de modelo hidrológico no semiárido. O modelo de cascata mostrou potencial em representar bem as afluências médias do reservatório, podendo tornar uma ferramenta hidrológica, auxiliando as decisões de operação dos reservatórios, atendendo as demandas da região