Lake Tana Basin is of significant importance to Ethiopia concerning water resources aspects and the ecological balance of the area. The growing high demands in utilizing the high potentials of water resource of the Lake to its maximal limit, pictures a disturbing future for the Lake. The objective of this study was to assess the influence of topography, soil, land use and climatic varia-bility on the hydrological and hydrodynamic processes of the Lake Tana Basin. The physically based SWAT model was successfully calibrated and validated for flow and sediment yield. Se-quential uncertainty fitting (SUFI-2), parameter solution (ParaSol) and generalized likelihood un-certainty estimation (GLUE) calibration and uncertainty analysis methods were compared and used for the set-up of the SWAT model. There is a good agreement between the measured and simulated flows and sediment yields. SWAT and GIS based decision support system that uses multi-criteria evaluation (MCE) was used to identify the most vulnerable areas to soil erosion in the basin. The results indicated that 12 to 30.5% of the watershed is high erosion potential. Pro-jected changes in precipitation and temperature in the basin for two seasons were analyzed using outputs from fifteen global climate models (GCMs). A historical-modification procedure was used to downscale large scale outputs from GCM models to watershed-scale climate data. The results showed significant changes in streamflow and other hydrological parameters in the period between 2045-2100. SWAT was combined with a three dimensional hydrodynamic model, GEMSS to investigate the flow structure, stratification, the flushing time, lake water balance and finally the Lake‘s water level response to planned water removal. We have found an alarming and dramatic fall of the water levels in Lake Tana as response to the planned water withdrawal. The combination of the two models can be used as a decision support tools to better understand and manage land and water resources in watersheds and waterbodies. The study showed that the Lake Tana Basin may experience a negative change in water balance in the forthcoming decades due to climate change as well as over abstraction of water resources. / QC 20100720

Os reservatórios se constituem numa das principais formas estabelecidas pelo homem de modificar o ciclo hidrológico ao armazenar água para sua utilização no futuro. Em algumas regiões do país este mecanismo é de fundamental importância para o atendimento das demandas consultivas, seja pelas condições adversas do clima, como é o caso do semiárido nordestino, como também em função da alta demanda de água requerida para o atendimento da irrigação, como ocorre em algumas áreas do Rio Grande do Sul. Este trabalho apresenta uma metodologia de balanço hídrico em rios e reservatórios de pequeno porte, cujo foco é o atendimento aos instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, como a outorga de direito de recursos hídricos e as políticas de planejamento. A metodologia está baseada na integração entre o modelo hidrológico chuva-vazão MGB-IPH como recurso para obtenção das séries afluentes de cada reservatório e trecho de rio do sistema hídrico. Associado ao modelo hidrológico, está a integração com os Sistemas de Informações Geográficas, que possuem a vantagem de obtenção das características físicas da bacia de forma automática, facilitando também a associação com os objetos que representam o sistema hídrico (i.e. demandas e reservatórios). O modelo de simulação realiza a contabilização do movimento de água através de um sistema de reservatórios e trechos de rio, cuja progressão de cálculo é realizada de montante para jusante. Como técnica de otimização, foi utilizado o algoritmo SCE-UA, baseado na teoria dos algoritmos evolucionários. A metodologia desenvolvida foi aplicada na Bacia do Rio Quaraí, caracterizada pelo intenso uso da água para o atendimento das demandas da irrigação, e também pelo estabelecimento de centenas de pequenas estruturas de reservação de água, destinadas ao abastecimento destas demandas. Os resultados indicaram que não há água suficiente para o atendimento das demandas da irrigação em 100% do tempo. Em média, apenas 75% do volume total de água requerido para o atendimento das demandas atuais poderia ser atendido, considerando o período simulado de 20 anos. Nos anos mais críticos pode ocorrer o esgotamento do curso principal do Quaraí e outros locais, decorrência das retiradas de água, além do efeito da reservação de água pelos açudes, pois admitiu-se a hipótese de não existirem descarregadores de fundo nessas estruturas. Como alternativas para a gestão da água na bacia, apontam-se a definição de critérios de outorga para retiradas e liberação de água em reservatórios, além de implementação de novas estruturas de reservação e regularização. / Reservoirs are the most important form established by the man to modify the hydrological cycle to store water for use in the future. In some regions of Brazil this mechanism is crucial to meet the advisory needs, either by adverse weather conditions, such as the semi-arid northeast, but also due to the high demand of water required to meet the irrigation, as occurs in some areas of Rio Grande do Sul. This work presents a methodology of water balance in rivers and small reservoirs, whose focus is to achieve the goals of the instruments of the National Water Resources Policy, as the water rights and the planning policies. The methodology is based on the integration between the hydrological rainfall-runoff model MGB-IPH as a resource for obtaining streamflow series from upstreams of each reservoir and for all sub-watershed defined on the water system. Associated with the hydrological model is the integration with Geographic Information Systems, which have the advantage of obtaining the physical characteristics of the basin automatically, it also facilitates association with objects that represent the water system (i.e. demands and reservoirs). The simulation model performs accounting for the movement of water through a system of reservoirs and river stretches whose progression calculation is performed from upstream to downstream. As optimization technique, the SCE-UA algorithm, based on the theory of evolutionary algorithms was used. The procedure was applied in the Quaraí River Basin, characterized by intense use of water to meet the irrigation demands, and also by the establishment of hundreds of small structures reservation of water, destined to supply these demands. The results indicated that there is not water enough to meet the demands of irrigation at 100% of the time. On average, only 75% of the total volume of water required to meet the current demands could be met, considering the simulated period of 20 years. In the most critical years can occur exhaustion of the main course of the Quaraí and other sites, due to withdrawals plus the effect of the reservation by dams, it admitted the hypothesis that there are no releases in this structures. As alternatives to water management in the basin, point the definition of licensing criteria for withdrawals and releases in dams, as well as implementing new reservoir with regularization structures.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:03:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EulinaMM.pdf: 2950554 bytes, checksum: a445ba8cdf1a9ad458102924c91809c9 (MD5) Previous issue date: 2007-03-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Piranhas-A?u basin is a Federal watershed with a drainage area of 43.681,5 km2, sited at Brazilian northeast semi arid, with 60% of your area in Paraiba State and 40% in Rio Grande do Norte State. The main river, Piranhas-A?u, has strategic importance for development of these states, because it s an essential source for many socio-economics activities developed along watercourse. The river s reach between Coremas-M?e D`?gua Dam and Armando Ribeiro Gon?alves Dam has many irrigation projects, and supply many riverside cities. All this activities practiced in this river s reach consumes high water volumes. Due the importance of this stream and the necessity of an adequate management, this work aims for an impartial and detailed evaluation of real water supply conditions in this river s reach, by the application of hydrological modeling, including the arrangement of main dams in tributaries, and storage reservoir water balance. The rainfall-discharge model s applied in each sub-basins it was selected the model MODHISA- Hydrological Model of Semi Arid, that is a concentrated model with easy application. The simulation produced 50 years of inflows into the reservoirs, for which, were constructed the guaranties curves; and produced 50 years of synthetic discharge data in relevant points on the river and on its affluents; so it was constructed the permanence curves. Confronting the available discharge with the current and futures volumes of raw water captured in this river s reach, it was verified that de demands have high guaranties. This work concluded that the MODHISA Model is suitable to reproduce the hydrologic characteristics of Piranhas-A?u sub-basins, and showing good results / A Bacia Hidrogr?fica do Rio Piranhas-A?u ? uma bacia Federal de 43.681,5 Km2, localizada no Semi-?rido nordestino, com 60% da sua ?rea no Estado da Para?ba e 40% no Estado do Rio Grande do Norte. Seu curso d ?gua principal, o rio Piranhas-A?u, tem import?ncia estrat?gica para o desenvolvimento desses dois Estados, pois ? um manancial vital para in?meras atividades s?cio-econ?micas realizadas ao longo do seu curso. O trecho compreendido entre o a?ude Coremas-M?e D`?gua (PB) e o a?ude Armando Ribeiro Gon?alves (RN) possui diversos sistemas adutores, projetos de irriga??o, e abastece v?rias cidades ribeirinhas. Todas essas atividades realizadas no trecho do rio v?m demandando elevado volume de ?gua. Diante da import?ncia desse manancial e da necessidade de implanta??o de uma gest?o adequada, esse trabalho tem como objetivo realizar um levantamento minucioso e imparcial das condi??es reais de oferta de ?gua desse trecho do rio Piranhas-A?u, atrav?s da modelagem hidrol?gica que incluir? a disposi??o dos principais a?udes das bacias de contribui??o do rio, e o balan?o h?drico mensal destes. O modelo chuva-vaz?o aplicado nas sub-bacias foi o MODHISA- Modelo Hidrol?gico para o Semi-?rido, que ? um modelo concentrado e de f?cil aplica??o. A simula??o da transforma??o da precipita??o m?dia ocorrida nas sub-bacias em defl?vios afluentes ao rio Piranhas-A?u gerou 50 anos de dados sint?ticos de vaz?o afluente aos principais a?udes, para os quais foram constru?das as curvas de garantia; e gerou 50 anos de dados de vaz?o sint?tica em pontos relevantes do rio Piranhas-A?u e de seus afluentes, possibilitando a constru??o das curvas de perman?ncia das vaz?es ao longo do trecho estudado. Ao confrontar as vaz?es dispon?veis com as demandas atuais e futuras de capta??o de ?gua bruta do trecho, observou-se que as garantias de atendimento s?o elevadas, j? que a porcentagem de perman?ncia destas no trecho do rio ? alta. Concluiu-se tamb?m que o MODHISA apresentou boa adequa??o ?s caracter?sticas hidrol?gicas das sub-bacias contribuintes do rio Piranhas-A?u e seus afluentes; tornando-se uma ferramenta de f?cil aplica??o e de bons resultados

Os reservatórios se constituem numa das principais formas estabelecidas pelo homem de modificar o ciclo hidrológico ao armazenar água para sua utilização no futuro. Em algumas regiões do país este mecanismo é de fundamental importância para o atendimento das demandas consultivas, seja pelas condições adversas do clima, como é o caso do semiárido nordestino, como também em função da alta demanda de água requerida para o atendimento da irrigação, como ocorre em algumas áreas do Rio Grande do Sul. Este trabalho apresenta uma metodologia de balanço hídrico em rios e reservatórios de pequeno porte, cujo foco é o atendimento aos instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, como a outorga de direito de recursos hídricos e as políticas de planejamento. A metodologia está baseada na integração entre o modelo hidrológico chuva-vazão MGB-IPH como recurso para obtenção das séries afluentes de cada reservatório e trecho de rio do sistema hídrico. Associado ao modelo hidrológico, está a integração com os Sistemas de Informações Geográficas, que possuem a vantagem de obtenção das características físicas da bacia de forma automática, facilitando também a associação com os objetos que representam o sistema hídrico (i.e. demandas e reservatórios). O modelo de simulação realiza a contabilização do movimento de água através de um sistema de reservatórios e trechos de rio, cuja progressão de cálculo é realizada de montante para jusante. Como técnica de otimização, foi utilizado o algoritmo SCE-UA, baseado na teoria dos algoritmos evolucionários. A metodologia desenvolvida foi aplicada na Bacia do Rio Quaraí, caracterizada pelo intenso uso da água para o atendimento das demandas da irrigação, e também pelo estabelecimento de centenas de pequenas estruturas de reservação de água, destinadas ao abastecimento destas demandas. Os resultados indicaram que não há água suficiente para o atendimento das demandas da irrigação em 100% do tempo. Em média, apenas 75% do volume total de água requerido para o atendimento das demandas atuais poderia ser atendido, considerando o período simulado de 20 anos. Nos anos mais críticos pode ocorrer o esgotamento do curso principal do Quaraí e outros locais, decorrência das retiradas de água, além do efeito da reservação de água pelos açudes, pois admitiu-se a hipótese de não existirem descarregadores de fundo nessas estruturas. Como alternativas para a gestão da água na bacia, apontam-se a definição de critérios de outorga para retiradas e liberação de água em reservatórios, além de implementação de novas estruturas de reservação e regularização. / Reservoirs are the most important form established by the man to modify the hydrological cycle to store water for use in the future. In some regions of Brazil this mechanism is crucial to meet the advisory needs, either by adverse weather conditions, such as the semi-arid northeast, but also due to the high demand of water required to meet the irrigation, as occurs in some areas of Rio Grande do Sul. This work presents a methodology of water balance in rivers and small reservoirs, whose focus is to achieve the goals of the instruments of the National Water Resources Policy, as the water rights and the planning policies. The methodology is based on the integration between the hydrological rainfall-runoff model MGB-IPH as a resource for obtaining streamflow series from upstreams of each reservoir and for all sub-watershed defined on the water system. Associated with the hydrological model is the integration with Geographic Information Systems, which have the advantage of obtaining the physical characteristics of the basin automatically, it also facilitates association with objects that represent the water system (i.e. demands and reservoirs). The simulation model performs accounting for the movement of water through a system of reservoirs and river stretches whose progression calculation is performed from upstream to downstream. As optimization technique, the SCE-UA algorithm, based on the theory of evolutionary algorithms was used. The procedure was applied in the Quaraí River Basin, characterized by intense use of water to meet the irrigation demands, and also by the establishment of hundreds of small structures reservation of water, destined to supply these demands. The results indicated that there is not water enough to meet the demands of irrigation at 100% of the time. On average, only 75% of the total volume of water required to meet the current demands could be met, considering the simulated period of 20 years. In the most critical years can occur exhaustion of the main course of the Quaraí and other sites, due to withdrawals plus the effect of the reservation by dams, it admitted the hypothesis that there are no releases in this structures. As alternatives to water management in the basin, point the definition of licensing criteria for withdrawals and releases in dams, as well as implementing new reservoir with regularization structures.

O processo de urbanização vem ocorrendo na maioria das cidades brasileiras de forma desorganizada. Desse modo, um problema recorrente que afeta diversos municípios brasileiros são as inundações. A falta de um planejamento que levasse em consideração a drenagem urbana no início do desenvolvimento das cidades acaba criando condições para que as inundações sejam deflagradas a cada época chuvosa. Assim, mostra-se necessária a planificação de medidas preventivas e corretivas que abordem essa questão, a fim de que os prejuízos causados pelas inundações sejam minimizados. Dessa forma, a modelação hidrológica aparece como uma poderosa ferramenta, ao tornar possível uma análise das medidas de controle, através da criação de cenários e simulação de eventos hidrológicos. Nesse contexto o presente trabalho tem como objetivo analisar, por meio de simulação hidrológica e hidráulica, o desempenho de algumas medidas de controle de inundação, estruturais e não-estruturais. Para tanto, com o auxílio do programa ArcGIS 9.3 e imagens de satélite de alta resolução, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, em São Carlos SP, foi digitalizada e foram criados cenários alternativos que incorporaram as medidas de controle. Através da utilização dos softwares HEC-HMS e HEC-RAS foram realizadas as modelações hidráulica e hidrológica, utilizando tempos de retorno de 25, 50 e 100 anos para a chuva de projeto. Com os resultados obtidos (hidrogramas de cheia e manchas de inundação referentes a cada tempo de retorno), foi possível analisar as medidas comparando-se os diferentes cenários, e concluiu-se, para este caso, que os melhores resultados correspondem à associação das medidas estruturais e não-estruturais. Contudo, também foi verificado que, mesmo com a concretização do cenário mais favorável, o problema das inundações não seria satisfatoriamente equacionado, o que revela a necessidade de se considerar outras medidas para minimizar os prejuízos decorrentes das inundações, tais como medidas de controle na fonte, seguros contra inundações e sistemas de alerta antecipados. / The urbanization process has taken place in most Brazilian cities in a disorganized way, and floods are a recurring problem that has affected many municipalities. The lack of a planning that takes into account the urban drainage in the early development of the cities creates conditions for floods to occur in every rainy season. Therefore, the planning of preventive and corrective measures is necessary to address this issue in order to minimize the flood damages. Hydrological modeling appears as a powerful tool, as it enables the analysis of the flood management measures through the creation of scenarios and simulations of hydrological events. In this context, this dissertation analyzes the performance of some structural and nonstructural flood control measures by means of hydrologic and hydraulic simulations. The basin of the Gregório Stream, in São Carlos - SP, was scanned and scenarios that incorporate the management measures were created, both with the aid of software ArcGIS 9.3 and highresolution satellite images. Hydraulic and hydrologic modelings were performed by HEC-HMS and HEC-RAS software programs using return periods of 25, 50 and 100 years for the design storm. The results (flood hydrographs and flooding areas for each return period) allowed analyzing the measures by comparing the different scenarios and the best results corresponded to the association of structural and nonstructural measures. However, even by implementing the best scenario, the problem of flooding would not be satisfactorily solved, revealing the need to consider other measures to minimize flood damage, such as runoff source control measures, flood insurance and early warning systems.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The rational use of water resources of a river basin is essential for sustainability and socio-economic development. Proper land use and vegetation cover is directly related to the conservation of water resources and the preservation of the environment. An important tool for the representation and understanding of the hydrological behavior of a watershed is modeling. In this sense, from the quantitative monitoring of the flow, used the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model, which is used to study the dynamics of the hydrossedimentological river basin Betume in the Lower São Francisco in the estate of Sergipe. The model uses a specialized database of the basin, consisting of geographical, soil, hydrological and climate information. Had accomplished three scenarios depending on the land use simulating the production of water and sediments. The modeling demonstrated that the dynamics of the basin is mainly based on the base flow stream. Of the three hypothetical scenarios performed, the Reforestation scenario produced the lowest water and sediment production rate, and the Agriculture scenario had the highest rates. Having noticed the changes in land use and occupation influence the water production system and sediments in the basin. Overall, it is noteworthy that the presence of native vegetation ensures the highest water availability for multiple uses of water in the region. / O uso racional dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica é indispensável para sua sustentabilidade e desenvolvimento socioeconômico. O uso adequado do solo e a cobertura vegetal está intimamente relacionada à conservação dos recursos hídricos como a preservação do meio ambiente. Uma importante ferramenta para a representação e compreensão do comportamento hidrológico de uma bacia é a modelagem. Nesse sentido, a partir do monitoramento quantitativo da vazão, se usou o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), com o qual se estudou a dinâmica hidrossedimentológica da bacia hidrográfica do rio Betume no Baixo São Francisco Sergipano, o modelo usa um banco de dados especializado da bacia, constituído de informações geográficas, pedológicas, hidrológicas e climáticas. Se realizaram 3 cenários em função do uso da terra simulando a produção de agua e sedimentos. A modelagem demostrou que a dinâmica da bacia se baseia principalmente no fluxo de escoamento de base. Dos 3 cenários hipotéticos realizados, o cenário Reflorestação produziu a menor taxa de produção de água e sedimentos, e o cenário Agricultura apresentou as maiores taxas. Constatando-se que as alterações no uso e ocupação da terra influenciam no regime de produção de água e sedimentos na bacia. Com tudo se ressalta que a presença de vegetação nativa garante a maior disponibilidade hídrica para os múltiplos usos da água na região.

Orientadora: Profª. Drª. Andrea de Oliveira Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, Santo André, 2018. / A bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul está localizada na região sudeste do Brasil, entre os estados de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais. Além da população urbana e rural existente na bacia, o rio Paraíba do Sul é utilizado para abastecimento da região metropolitana do Rio de Janeiro. O uso do solo na bacia é predominantemente de pecuária leiteira, onde o manejo inadequado do solo tem afetado a qualidade e a quantidade de água na bacia. Dada a importância socioeconômica da bacia do rio Paraíba do Sul, neste trabalho foi utilizado o modelo hidrológico distribuído MGB-IPH para avaliar a influência da vegetação de margem no comportamento hidrológico da bacia. O modelo foi calibrado e verificado para o período de 2005 a 2015 considerando a condição atual de cobertura da superfície da bacia. Uma vez calibrado o modelo, foram elaborados cenários de uso do solo considerando diferentes larguras de vegetação florestal (APP) ao longo das margens do rio Paraíba do Sul e de seus afluentes. Os cenários consideram os valores de APP correspondentes ao que deveria ser aplicados por lei (30 m, 50 m, 100 m e 200 m) e também valores de APP de 300 m a 1000 m. Os cenários foram comparados com a condição atual da bacia em termos de vazão média anual, vazão crítica, vazão máxima diária anual (VMA), e frequência de ocorrência de extremos de vazão muito alta e muito baixa. O modelo representa adequadamente o processo de transformação de chuva em vazão da bacia e os resultados dos cenários indicam redução da vazão média anual em função do aumento da APP; redução da VMA em função do aumento da APP. Para a análise de frequência de extremos, a ocorrência de vazões da categoria muito alta durante o período chuvoso da bacia (outubro a março) diminui em função do aumento da faixa de APP, enquanto que a ocorrência de eventos de vazão muito alta nos meses secos (especialmente em agosto) aumenta em função do aumento da APP. A frequência de vazões da categoria muito baixa aumenta com o aumento da APP nos meses chuvosos, enquanto que nos meses secos a frequência de vazões muito baixa diminui com o aumento da APP. / The Paraíba do Sul river basin is located in the southeast region of Brazil, accross the states of São Paulo, Rio de Janeiro and Minas Gerais. In addition to urban and rural population in the basin, Paraíba do Sul river supplies water to Rio de Janeiro metropolitan region. Land-use in the basin is predominantly dairy farming, where inadequate soil management has affected the quality and quantity of water in the basin. Due to the socioeconomic importance of the Paraíba do Sul river basin, the MGB-IPH distributed hydrological model was used to evaluate the influence of the riparian vegetation on the hydrologic behavior of the basin. The model was calibrated and verified for the period from 2005 to 2015 considering the current condition of land cover. After calibrating the model, land use scenarios were developed considering different widths of forest vegetation along the banks of the Paraíba do Sul (PPA) and its tributaries. The scenarios consider PPA values corresponding to what should be applied by law (30 m, 50 m, 100 m and 200 m) and also PPA values from 300 m to 1000 m. These scenarios were compared with the current condition of the basin in terms of annual average flow, critical flow, annual maximum daily flow (AMF), and frequency of occurrence of very high and very low flow extremes. The model represents adequately the rainfall-runnoff transformation in the basin, and scenarios results indicate a reduction in the average annual flow rate due to the increase of the PPA; reduction of AMF due to the increase in PPA. Extreme frequency analysis indicates that occurrence of very high flow rates during the rainy period of the basin (October to March) decreases due to increase in PPA, while the occurrence of very high flow events in the dry months (especially in August) increases as the PPA increases. The frequency of very low flow category in rainy months increases with PPA, whereas in the dry months very low flow frequency decreases with PPA increase.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T11:41:58Z No. of bitstreams: 2 Dissertação -Tatiane Souza Rodrigues Pereira - 2015.pdf: 12338914 bytes, checksum: c966794ae558bcc73711fb5a806a52dd (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T11:45:02Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação -Tatiane Souza Rodrigues Pereira - 2015.pdf: 12338914 bytes, checksum: c966794ae558bcc73711fb5a806a52dd (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T11:45:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação -Tatiane Souza Rodrigues Pereira - 2015.pdf: 12338914 bytes, checksum: c966794ae558bcc73711fb5a806a52dd (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-04-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Financiadora de Estudos e Projetos- Finep / The impermeabilization of Brazil watersheds have generated socio-economic and environmental impacts innumerable, which has resulton a dare for public administrations. This because most of the towns do not have an efficient drainage system, this causes the water seeps quickly into water streams that are not prepared to support this new level of streamflow, mainly towards the extreme rainfall events. Thus, the hydrological modeling appears like an important support tool for planning and management. However this tool is subject to limitations that must be ascertained through calibration and model validation in real field conditions. This calibration process has been the focus of research and discussion in the last 50 years, and the most currently accepted models are based on uncertainty those analysis to determine the parameters. This study aims at the assessthe development and calibration of the model rainfall-runoff UFGModel1.1 as well as analyze the uncertainty applied to the simulation of streamflow. For this purpose, we used methodologies of uncertainty analysis by means of the Monte Carlo methods (MC) and Markov Chain Monte Carlo (MCMC), which form the basis of the GLUE and DREAM algorithms, respectively, for estimating uncertainties.The results demonstrate that DREAM performs better than the calibrating the GLUE. The various sets of parameters found for both algorithms were considered great for model validation, enabling high efficiency of this precipitation events for medium at very strong with relatively narrow uncertainty limits for DREAM and great for GLUE. The parameter that showed lower sensitivity in the model was the Manning channel. / A impermeabilização das bacias hidrográficas brasileiras têm gerado inúmeros impactos sócio-econômicos-ambientais, o que tem resultado em um desafio para as gestõespúblicas. Isso porque, a maioria das cidades não possuem um sistema de drenagem eficiente, assim a água escoa rapidamente para dentro cursos d’água que nãoestão preparados para suportar esse novo patamar de vazões, principalmente frente a eventos de chuva extremos. Dessa forma, a modelagem hidrológica aparece como uma importante ferramenta de suporte ao planejamento e gestão. No entanto, tal ferramenta está sujeita a limitações que devem ser averiguadas por meio de calibração e validação do modelo em condições reais de campo. Este processo de calibração tem sido foco de pesquisa e discussão nos últimos 50 anos, sendo que atualmente os modelos mais aceitos são os que empregam análise de incerteza na determinação dos parâmetros. Este estudo, visa avaliar o desenvolvimento e calibração do modelo de precipitação-vazão UFGModel1.1, bem como analisar a incerteza aplicada na simulação das vazões. Para tanto, utilizou-se metodologias de análise de incerteza por meio dos métodos de Monte Carlo (MC) e Cadeia de MarkovMonte Carlo (MCMC),que formam as bases dos algoritmos GLUE e DREAM, respectivamente, paraestimação de incertezas. Os resultados demonstram que o DREAM realiza uma melhor calibração que o GLUE. Osvários conjuntos de parâmetrosencontrados, para ambos algoritmos, foram considerados ótimos para a validação do modelo, possibilitando alta eficiência deste para eventosde precipitação de médio à fortes com limites de incerteza relativamente estreitos para o DREAM e grandes para o GLUE.O parâmetro que apresentou menor sensibilidade no modelo foi o Manning do canal.

In February of 2014 NASA has launched the core observatory of The Global Precipitation Measurement Mission (GPM). Since then, the mission has been providing a wealth of observation data collected by the core observatory along with other satellites belonging to the mission space constellation. One of the most important data products that GPM provides is the Level 4 (L4) rainfall data product called Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM (IMERG). IMERG is constructed using the raw data collected by the Microwave (MW) sensors on board the constellation satellites along with the Infrared (IR) sensors on board geostationary satellites and the advance Dual-frequency Precipitation Radar (DPR) on board the GPM core satellite. The IMERG product is available globally for all interested researchers to use. In this dissertation, I focus on the applicability of IMERG in hydrologic applications, and specifically in flood peak modeling. In order to conduct a comprehensive evaluation of IMERG that is oriented towards hydrologic modeling. I have explored multiple hydrologic models which can be used to produce stream flow estimates using IMERG without the need of parameter calibration based on the model’s inputs. The calibration free capability is essential since model parameter calibration obscures the effect of the errors associated with the rainfall input on the estimated discharges, which in turn will limit our understanding about the distribution of the errors in IMERG over space and time. The two hydrologic models we used in this study are both physically based distributed models and were setup over the domain of the state of Iowa which is located in the United States’ Midwest. I also explored the performance of one of the hydrologic models’ component, which is the runoff-routing component, in order to estimate an additional portion of the errors in the discharge estimates that is not attributed to the model’s input but rather to the hydrologic model itself. A significant portion of my dissertation is concerned with identifying and using accurate methods to evaluate both IMERG and the hydrologic models’ outputs in a hydrologic context that is useful for flood modeling. Several studies have evaluated other satellite rainfall products using methods that vary in complexity. Some studies used the simplest methods of evaluation, such as, mean aerial differences and standard deviation of the differences (additive or multiplicative) compared to a benchmark rainfall product. This is done without taking the spatial dependency of the errors in space into consideration. Other studies modeled the spatial dependency (correlation) between the errors in the rainfall product, however, using Euclidean distance based approaches that do not account for the hydrologic basins’ shape and size. Nevertheless, it is important to realize that hydrologic models will eventually aggregate the rainfall values, along with the errors associated with them, through a stream network that is dichotomous in nature and does not comply with Euclidean distance. Thus, we employed a stream based evaluation framework, called the Spatial Stream Network (SSN) approaches, to characterize the errors in IMERG taking into account the stream distances and the stream connectivity information between evaluation sites. Although previously used in applications such as modeling water temperatures and pollutant transport, to the best of my knowledge this approach has not been used in rainfall product evaluation before this study. The SSN analysis of IMERG allowed me to answer the question, “What is the proper basin scale which is capable of filtering out the correlated errors in IMERG by accumulating the rainfall values through the stream network?” Finally, in order to add value to the current methods of evaluating model simulated stream flows. I proposed a time based evaluation that is capable of detecting peaks in both the observed and simulated flows and estimating the lag time of the simulated peaks. Typically, previous studies have used simple skill scores such as Root Mean Squared Errors (RMSE), correlation coefficient, and Nash-Sutcliff Efficiency (NSE) to evaluate hydrograph performance as a whole, or the difference in time to peak which involves primitive peak detection method (e.g., a moving or a defined time window). In this dissertation I propose a Continuous Wavelet Transform (CWT) based method to evaluate the peak times and shapes produced by the hydrologic model. The method is based on filtering the frequencies in the hydrograph by treating it as a signal and detecting sharp features in both the observed and time series and the phase difference between them. We also emphasized on the importance of the choice of wavelet shape used in the evaluation, and how different wavelet shapes can affect the inference about the time series.

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