ANEXO-A-VAC

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ANEXO A 
PROJETO DE TRABALHO DE GRADUAÇÃO 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL 
 
Nome do estudante: Victor Alves Carias 
Nome do orientador: Prof. Dr. Enner Herenio de Alcântara 
Nome do coorientador: Dr. Samuellson Lopes Cabral 
 
Título do trabalho: Uso do modelo hidrológico SCS-CN do HEC-HMS em eventos de inundação 
na bacia hidrográfica do rio Mundaú 
 
1. INTRODUÇÃO 
 O cenário de urbanização, alterações na dinâmica hidrológica e ocorrência de inundações 
tem se tornado objeto de estudo em diversos trabalhos realizados em diversas bacias 
hidrográficas realizadas no Brasil e no mundo. No estado do Alagoas a bacia hidrográfica do rio 
Mundaú sofre com esse cenário e diversos autores utilizam essa área nos seus estudos 
(CAVALCANTI; SOUZA; FRAGOSO JR., 2014; MONTE et al., 2016). 
 A bacia hidrográfica do rio Mundaú possui uma área de aproximadamente 4.126 km², entre 
os estados de Pernambuco e Alagoas. Deste total, o trecho pernambucano possui área de 2.155 
km² (i.e. 52,23 % do total), situada na Mesorregião do Agreste Pernambucano, com 15 municípios 
estabelecidos total ou parcialmente na bacia. O trecho alagoano corresponde a 1.971 km² (i.e. 
47,77 % do total da bacia), situado na Mesorregião do Leste Alagoano com 15 municípios total ou 
parcialmente inseridos na bacia. A bacia do rio Mundaú possui um vasto histórico de cheias que 
geraram grandes perdas econômicas e humanas, onde podemos citar as ocorridas nos anos de 
1914, 1941, 1969, 1988, 1989, 2000, 2010 e 2017. As cheias de 1914 e 1941 possuem poucos 
registros, e o evento de 1969 foi o mais letal, com cerca de 1100 mortes (FRAGOSO JR.; 
PEDROSA; SOUZA, 2010). 
 Em casos como esses a utilização de modelos que possam prever novas inundações é 
uma ferramenta não-estrutural muito útil, minimizando os impactos socioeconômicos, podendo ser 
utilizados no controle e planejamento de desenvolvimento urbano ao serem incorporados em um 
Plano Diretor, por exemplo (CAMPANA; TUCCI, 2001; MONTE et al., 2016). A modelagem 
hidrológica é uma ferramenta comumente utilizada na estimativa da resposta hidrológica de uma 
bacia em um evento de precipitação (HALWATURA; NAJIM, 2013), sendo que os modelos utilizam 
dados das características fisiográficas da bacia e dados de precipitação. Há uma deficiência das 
redes de monitoramento hidrológico espalhadas pelo Brasil (CURTARELLI; RENNÓ; 
ALCÂNTARA, 2014; TUCCI, 2007), fazendo com que a disponibilidade e representatividade de 
dados em algumas regiões sejam escassas. Daí então a vasta utilização de informações pelo 
satélite TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission) como fonte de dados para estudos 
hidrológicos e estimativas de precipitação em locais com poucos registros ou até mesmo na 
ausência deles, pois possibilita a obtenção de dados contínuos de precipitação (CURTARELLI; 
RENNÓ; ALCÂNTARA, 2014). 
 Desta forma, esse estudo propõe a utilização de um modelo hidrológico a partir de dados 
de estações inseridas na bacia do rio Mundaú e dados estimados pelo satélite TRMM para avaliar 
os eventos de cheia da bacia do rio Mundaú. 
 
2. OBJETIVOS 
 O presente projeto tem como objetivo principal avaliar o uso do modelo hidrológico SCS-
CN do HEC-HMS em eventos de inundações na bacia hidrográfica do Rio Mundaú (AL/PE). 
 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
 A Figura 1. Metodologia a ser desenvolvida neste trabalho. Fonte: Autores. apresenta um 
fluxograma das etapas a serem realizadas neste trabalho que serão detalhadas a seguir. 
 
 
 
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Figura 1. Metodologia a ser desenvolvida neste trabalho. Fonte: Autores. 
 
 
3.1 Levantamento de dados pluviométricos 
 Para a determinação do volume pluviométrico médio, a partir do método de polígonos de 
Thiessen, na bacia hidrográfica do rio Mundaú serão utilizados dados de estações da Agência 
Nacional de Águas (ANA) (www.hidroweb.ana.gov.br), dados da Secretaria de Meio Ambiente 
e Recursos Hídricos de Alagoas (SEMARH-AL) (www.semarh.al.gov.br), da Agência 
Pernambucana de Águas e Clima (APAC) (www.apac.pe.gov.br), e do Centro Nacional de 
Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (CEMADEN) (www.cemaden.gov.br). 
 O método de Thiessen gera uma média ponderada das alturas registradas pelos 
pluviômetros, que é diretamente proporcional à área de influência da bacia, considera a não 
uniformidade da distribuição espacial das estações, e não leva em conta o relevo da bacia. A 
precipitação média é expressa na Equação 1 (MARCIANO; BARBOSA; SILVA, 2018): 
 
Pm=
∑Ai Pi
A
 (1) 
onde Pm – precipitação média na bacia (mm); Pi – precipitação na estação (mm); Ai – área de 
influência da estação; A – área da bacia hidrográfica. 
3.2 Levantamento de dados fluviométricos 
 Para calibração e validação do modelo hidrológico serão utilizados dados de 5 (cinco) 
estações fluviométricas identificadas na Tabela 1 da Agência Nacional de Águas (ANA), todas 
inseridas na bacia hidrográfica do rio Mundaú. 
Tabela 1. Informações dos postos pluviométricos. Fonte: ANA (2019). 
Código Município Área de drena-gem (Km²) 
Latitude 
(º) 
Longitude 
(º) Responsável 
Opera-
dora 
39700000 Santana do Mundaú 767 -9,16 -36,21 ANA CPRM 
39720000 São José da Lage 1.170 -9,01 -36,05 ANA CPRM 
39740000 União dos Palmares 2.900 -9,15 -36,03 ANA CPRM 
39760000 Murici 3.290 -9,31 -35,95 ANA CPRM 
39770000 Rio Largo 3.560 -9,46 -35,86 ANA CPRM 
Levantamento 
de Dados
•Levantamento de dados pluviométricos e fluviométricos.
•Estimativa da precipitação na região pelo satélite TRMM.
•Análise dos dados de chuva (Pluviômetro x TRMM).
Caracterização 
fisiográfica da 
bacia
•Modelo Digital de Elevação e caracterização fisiográfica da bacia do rio 
Mundaú.
Modelagem
•Calibração e validação do modelo;
•Simulação hidrológica;
•Análise da influência dos diferentes dados de chuva na modelagem.
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3.3 Dados do satélite TRMM 
 Nesse trabalho usaremos o produto derivado do TRMM 3B43, o qual tem o objetivo de 
fornecer a melhor estimativa de precipitação mensal com menor erro quadrático médio (RMSE). 
Esses dados serão obtidos a partir da plataforma Giovanni 
(https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/). 
 
3.4 Caracterização fisiográfica da bacia hidrográfica 
 Serão utilizados dados do SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) na caracterização 
física da bacia hidrográfica. Os parâmetros estimados pelo SRTM e essenciais para a 
modelagem são: comprimento do rio, declividade, delimitação da bacia, direção de fluxo, entre 
outros. Um dos principais dados de entrada do modelo é o Modelo Digital de Elevação (MDE), 
correspondente a uma representação matemática da topografia do terreno em um modelo 
tridimensional, frequentemente utilizado em ambientes SIG (Sistemas de Informações 
Geográficas). O MDE será obtido a partir de imagens SRTM. 
 
3.5 Modelagem hidrológica 
 O modelo hidrológico a ser utilizado nesse estudo é o SCS-CN do HEC-HMS (Hydrologic 
Engineering Center – Hydrologic Modeling System), desenvolvido pelo US Army Corps 
Engineers. O HEC-HMS é um programa internacionalmente reconhecido por suas capacidades 
computacionais aplicadas à engenharia hidrológica, utilizada para analisar inundações 
urbanas, frequência de inundações, sistemas de alertas a inundações, capacidade de 
vertedouros de reservatórios, entre outros (CABRAL et al., 2016; U.S. ARMY CORPS OF 
ENGINEERS, 2008). 
 Esse programa emprega, entre outros, o método SCS para o cálculo da chuva excedente, 
e o método das relações adimensionais para o estabelecimento do Hidrograma Unitário 
Sintético, também desenvolvido pelo antigoSCS. Para o hietograma, será utilizado o método 
dos blocos alternados, sendo os dados introduzidos no HEC-HMS pela opção Specified 
Hyetograph, com dados de precipitação informados pelo usuário (CAMPOS, 2009). Para a 
geração do hidrograma através do hietograma de chuva, conhecido como o processo transform, 
será aplicado o método do Hidrograma Unitário Adimensional do NRCS. O método tem como 
parâmetro o tempo de retardo (Tlag). O valor de Tlag é obtido pela Equação 2. 
 Tlag=0,6Tc (2) 
onde Tc denota o tempo de concentração. Por sua vez, Tc é estimado pela Equação de Kirpich 
(Equação 3). 
 
Tc=0,0078(
L0,77
S0,385
) (3) 
onde: L é o comprimento do rio em metros e S é a declividade do rio em porcentagem. 
 A aplicação do modelo compreende, basicamente, as seguintes etapas: 
x Levantamento das características físicas da bacia, como: área de drenagem, comprimento, 
tipo e uso e ocupação do solo; 
x Estimativa da capacidade de infiltração do solo, através do parâmetro CN; 
x Cálculo da infiltração, do escoamento superficial direto e geração de hidrogramas de cheia. 
3.7 Parametrização multiobjetivo do SCS 
https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/
 
 
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 Serão escolhidos eventos registrados pelos postos fluviométricos para calibração e 
validação das vazões com as chuvas observadas como entrada. O procedimento de calibração 
automática do HEC-HMS utiliza um método iterativo para minimizar/maximizar uma função 
objetivo. Para a calibração do SCS será escolhida uma função objetivo baseada no erro 
percentual do pico, segundo a Equação 4. 
 
Z=∑|
q0(pico)-qs(pico)
q0(pico)
|
NQ
i=1
 (4) 
onde: Z – função objetiva, NQ – números de ordenadas dos hidrogramas calculados, Q0(t) – 
vazão observada, Qs(t) – vazões calculadas com os parâmetros do modelo, q0(pico) – pico 
observado, q0(média) – média das vazões e qs(pico) – pico calculado. Destaca-se que essa 
medida só considera a magnitude de computação total do pico do evento. 
 
3.8 Análise da eficiência da modelagem hidrológica 
 Para determinação da eficiência da modelagem será utilizado o coeficiente de Nash-
Sutcliffe, o qual tem sido largamente utilizado na verificação do desempenho de modelos 
hidrológicos. O coeficiente NS pode ser dado pela seguinte Equação 5. 
 
NS=1-
∑ [Qobs(t)-Qsim(t)]²ntt=1
∑ [Qobs(t)-Q̅obs(t)]²ntt=1
 (5) 
onde: Qobs(t) – vazão observada no passo de tempo t em (m³/s), Qsim(t) – vazão simulada em 
(m³/s) e Q̅obs – média de vazões observadas de todo o período de simulação em (m³/s). 
 
4. EXEQUIBILIDADE 
 Os dados a serem utilizados nesse trabalho estão disponíveis na internet, sem custo ao 
usuário. Os recursos computacionais necessários estão disponíveis e são adequados para a 
executar o experimento. 
 
5. CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO 
 
ETAPA 1: Revisão bibliográfica 
ETAPA 2: Levantamento e organização de dados pluviométricos e fluviométricos 
ETAPA 3: Caracterização fisiográfica da bacia hidrográfica 
ETAPA 4: Relatório 1º Semestre 
ETAPA 5: Calibração e validação do modelo 
ETAPA 6: Elaboração do TG 
ETAPA 7: Proposição da banca examinadora 
ETAPA 8: Entrega da versão final do TG 
ETAPA 9: Defesa do TG 
ETAPA 10: Entrega do TG corrigido 
 
DEMONSTRAÇÃO CRONOLÓGICA DAS ETAPAS 
 
 
Etapa/
Mês 
 
1º mês 2º mês 3º mês 4º mês 5º mês 6º mês 7º mês 8º mês 9º mês 10º mês 
1 X X 
2 X X 
3 X X 
4 X 
 
 
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5 X X 
6 X 
7 X 
8 X 
9 X 
10 X 
* sugestão de demonstração cronológica com 10 meses, ainda que o TG possa ser realizado com no mínimo 8 meses. 
 
 
BIBLIOGRAFIA 
ANA. Séries Históricas de Estações. [s.l: s.n.]. Disponível em: 
<http://www.snirh.gov.br/hidroweb/publico/medicoes_historicas_abas.jsf>. 
CABRAL, S. L. et al. Integração do SIG, HEC/HMS e HEC/RAS no mapeamento de área de 
inundação urbana: aplicação à bacia do rio Granjeiro-CE. p. 90–101, 2016. 
CAMPANA, N. A.; TUCCI, C. E. . Predicting floods from urban development scenarios: case study 
of the Dilúvio Basin, Porto Alegre, Brazil. Urban Water, v. 3, n. 1–2, p. 113–124, mar. 2001. 
CAMPOS, J. N. B. Lições em modelos e simulação hidrológica. Fortaleza, CE: 
ASTEF/EXPRESSÃO GRÁFICA, 2009. 
CAVALCANTI, D.; SOUZA, V.; FRAGOSO JR., C. R. Análise Hidrológica da Cheia Excepcional 
Ocorrida em Junho de 2010 nas Bacias dos Rios Mundaú e Paraíba do Meio em Alagoas e 
Pernambuco. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 19, n. 3, p. 279–293, 2014. 
CURTARELLI, M. P.; RENNÓ, C. D.; ALCÂNTARA, E. H. Evaluation of the Tropical Rainfall 
Measuring Mission 3B43 product over an inland area in Brazil and the effects of satellite boost on 
rainfall estimates. Journal of Applied Remote Sensing, v. 8, n. 1, p. 083589, 18 jul. 2014. 
FRAGOSO JR., C. R.; PEDROSA, V. D. A.; SOUZA, V. C. B. DE. Reflexões sobre a Cheia de 
Junho de 2010 nas Bacias do Rio Mundaú e Paraíba. Congressos, Seminários, Eventos em 
geral, p. 1–20, 2010. 
HALWATURA, D.; NAJIM, M. M. M. Application of the HEC-HMS model for runoff simulation in a 
tropical catchment. Environmental Modelling & Software, v. 46, p. 155–162, ago. 2013. 
MARCIANO, A. G.; BARBOSA, A. A.; SILVA, A. P. M. Cálculo de precipitação média utilizando 
método de Thiessen e as linhas de cumeada. Ambiente e Agua - An Interdisciplinary Journal 
of Applied Science, v. 13, n. 1, p. 1, 16 fev. 2018. 
MONTE, B. et al. Hydrological and hydraulic modelling applied to the mapping of flood-prone areas. 
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 21, n. 1, p. 152–167, 25 fev. 2016. 
TUCCI, C. E. . Hidrologia: ciência e aplicação. 4. ed. Porto Alegre: UFRGS: ABRH, 2007. 
U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS. Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) Applications 
Guide: Version 3.1.0Institute for Water Resources, Hydrologic Engineering Center, , 2008. 
Disponível em: <https://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/> 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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PARECER DO PROFESSOR ORIENTADOR 
 
O projeto é exequível, tanto em prazo quanto em infraestrutura. O projeto é pertinente com a área 
de atuação do engenheiro ambiental. 
 
 
São José dos Campos, 27 de agosto de 2019. 
 
 
 
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 Victor Alves Carias 
 
 
 
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 Prof. Dr. Enner Herenio de Alcântara 
 
 
 
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 Dr. Samuellson de Lopes Cabral