Seminário sobre Recursos hídricos

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Seminário sobre Recursos 
Hídricos e Agricultura 
2 de outubro de 2013 
Modelagem e simulação hidrológica em 
bacias hidrográficas – aplicações e desafios 
Prof. Samuel Beskow 
Recursos hídricos e agricultura 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e desafios 3 
Cenário atual de recursos hídricos 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
4 
Consequências das ações antrópicas 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
5 
Gestão de recursos hídricos 
6 
Fonte: Unesco* 
*Agência Nacional de Águas. 2011. O Comitê de Bacia Hidrográfica: o que é e o que faz? Brasília: SAG. 64p. 
 
Recursos hídricos x Hidrologia x Modelagem 
Hidrologia • Ciência 
Fenômenos 
naturais 
• Ciclo hidrológico 
Complexos 
• Vários fatores 
envolvidos; 
• Dificulta a análise 
quantitativa e 
qualitativa; 
Modelo 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
7 
Estudar 
processos 
hidrológicos 
Descrever 
passado 
Fazer 
previsões 
Conceitos aplicados à modelagem 
Terminologia 
Sistema 
Modelo 
Simulação 
Fenômeno 
Variável 
Parâmetro 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Conceitos aplicados à modelagem 
Sistema 
natural de 
interesse 
Bacia 
hidrográfica 
Necessidad
e: 
monitora-
mento 
Objetivo do 
Monitora-
mento 
Modelo 
hidrológico 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Sistema de Informações Geográficas (SIG) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Integração SIG e Hidrologia: natural 
(Singh e Fiorentino, 1996); 
Singh, V. S.; Fiorentino, M. 1996. Geographical Information Systems in Hydrology. Dordrecht: Kluwer 
Academic Publishers. 
Fonte: Singh & Fiorentino 
(1996) 
Fonte: Adaptado de Singh & Fiorentino 
(1996) 
10 
Etapas para modelagem hidrológica 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
11 
Definição 
• Bacia 
hidrográfica; 
• Problemas; 
Monitora-
mento 
• Processos 
hidrológicos; 
Modelagem 
• Modelo; 
 
Simulação 
• Tomada 
de 
decisões; 
• Gestão; 
Avançar 
Etapas (Definição) 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
12 
Voltar 
Etapas (monitoramento) 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
13 
Voltar 
Etapas (modelagem) 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Modelo 
hidrológico 
Avaliação de 
cada etapa 
desenvolvida 
Estruturação 
de algoritmos 
apropriados 
para o local de 
interesse 
Escolha do 
ambiente de 
programação e 
ferramentas 
Definição dos 
problemas a 
serem 
resolvidos 
Entendimento 
dos processos 
hidrológicos 
Análise das 
variáveis que 
influenciam 
Voltar 
Etapas (simulação) 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
15 
Voltar 
Reflexão (Beven, 2001; Tucci, 2005) 
 Por que usar um modelo hidrológico se é possível 
medir variáveis hidrológicas? 
 
Tucci, C. E. M. 2005. Modelos hidrológicos. 2 ed. Porto Alegre: Editora da UFRGS. 
Beven, K. J. 2001. Rainfall-runoff modelling: the primer. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. 
16 
Aplicações da simulação hidrológica 
Balanço hídrico; 
Extensão de 
séries; 
Estruturas hidráulicas; 
Curva de permanência; 
 Previsão em tempo real; 
Modificação de uso do solo e do clima; 
Erosão hídrica e transporte de 
sedimentos; 
Qualidade de 
água; 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Avançar 
Aplicações da simulação hidrológica: 
balanço hídrico 
Viola, M. R. 2008. Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de 
Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado. 
 
18 
Voltar 
Aplicações da simulação hidrológica: 
extensão de séries 
Série de precipitação (01/01/1994-31/12/2008) na bacia hidrográfica do Arroio 
Pelotas e de vazão do Arroio Pelotas, seção de controle na Ponte Cordeiro de 
Farias, em Pelotas-RS, considerando o período entre 1994 e 2004. 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
19 
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Aplicações da simulação hidrológica: 
estruturas hidráulicas 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
20 
Voltar 
Aplicações da simulação hidrológica: 
curva de permanência 
Curva de permanência do Arroio Pelotas, seção de controle na Ponte Cordeiro de 
Farias, em Pelotas-RS, considerando dados de vazão do período entre 1999 e 
2005. 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
21 
Voltar 
Aplicações da simulação hidrológica: 
previsão em tempo real 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
22 
Voltar 
Aplicações da simulação hidrológica: 
modificação de uso do solo e do clima 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
23 
Voltar 
Motivação para modelagem e simulação 
hidrológica no Brasil 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Dados hidrológicos (ANA): Rio Grande do Sul 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Modelo hidrológico LAvras Simulation of 
Hydrology (LASH) 
 
26 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Desenvolvimento da PRIMEIRA VERSÃO 
27 
Instituições Equipe 
Samuel Beskow 
Carlos R. de Mello 
Delphi 
SIG ArcGIS 
Marcelo R. Viola 
Lloyd D. Norton 
Programação 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Embasamento teórico do LASH 
28 Viola, M. R. 2008. Simulação hidrológica na região Alto Rio Grande à montante do Reservatório de 
Camargos/CEMIG. Lavras: UFLA. Dissertação de Mestrado. 
 Classificação; 
Embasamento teórico do LASH 
29 
 Divisão da bacia hidrográfica; 
 Balanço hídrico; 
 Componentes simulados. 
Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M. 2011. Performance of a distributed semi-conceptual hydrological 
model under tropical watershed conditions. Catena 86: 160-171. 
Dados de entrada do modelo LASH 
30 
M
a
p
a
s
 
DEM 
Uso 
Solo 
T
a
b
e
la
s
 Dados 
meteorológicos 
Parâmetros 
(uso) 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Otimização do LASH para uma bacia 
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 Calibração automática  Shuffled Complex 
Evolution (SCE-UA) (Duan et al., 1992); 
 Seleção de parâmetros. 
Duan, Q.; Sorooshian, S.; Gupta, V. 1992. Effective and efficient global optmization for conceptual rainfall-runoff 
models. Water Resources Research 28(4): 1015-1031. 
Dados de saída do modelo LASH 
32 
V
is
u
a
l 
Hidrograma 
observado 
Hidrogramas 
simulados 
Estatísticas de 
precisão 
T
a
b
e
la
s
 p
a
ra
 e
x
p
o
rt
a
r 
Hidrograma 
simulado para 
cada iteração 
Parâmetros e 
estatísticas para 
cada iteração 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Aplicação paraa bacia hidrográfica do 
Ribeirão Jaguara (Minas Gerais) 
33 
Fonte: Beskow et al. 
(2011) 
Beskow, S.; Mello, C. R.; Norton, L. D.; Silva, A. M. 2011. Performance of a distributed semi-conceptual hydrological 
model under tropical watershed conditions. Catena 86: 160-171. 
Aplicação para a bacia hidrográfica do 
Ribeirão Jaguara (Minas Gerais) 
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Curvas de permanência observada e simulada e vazões mínimas e máximas 
anuais observadas e simuladas pelo modelo LASH, na bacia hidrográfica do 
Ribeirão Jaguara (Minas Gerais). Fonte: Beskow et al. (2013) 
Beskow, S.; Norton, L. D.; Mello, C. R. 2013. Hydrological prediction in a tropical watershed dominated by Oxisols 
using a distributed hydrological model. Water Resources Management 27(2): 341-363. 
Desenvolvimento da SEGUNDA VERSÃO 
35 
Instituições Equipe 
Samuel 
Beskow 
Carlos R. 
de Mello 
Delphi 
SIG ArcGIS 
Biblioteca 
OpenGL 
Zeoslib 
Firebird 
Python 
Marcelo R. 
Viola 
Lloyd D. 
Norton 
Orientados 
Programação 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Estrutura de banco de dados da segunda 
versão do LASH 
36 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Banco de dados (estações de monitoramento) 
37 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Alguns mapas no ambiente do LASH 
38 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Módulo de visualização de resultados 
39 Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
Módulo do LASH no SIG ArcGIS 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Desafios da modelagem e simulação 
hidrológica 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Escala dos processos hidrológicos 
Desenvolvimento de modelos 
apropriados para cada situação 
Calibração de modelos 
Formação de recursos humanos 
Avançar 
Escala dos processos hidrológicos 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Lavoura ou propriedade Parcela Bacia hidrográfica 
Voltar 
Calibração dos modelos 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
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Voltar 
Formação de recursos humanos 
Modelagem e simulação hidrológica em bacias hidrográficas - aplicações e 
desafios 
44 
Voltar 
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Prof. Dr. Samuel Beskow 
CDTec/Engenharia Hídrica - Universidade Federal de Pelotas (UFPel) 
Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos - UFPel 
Campus Porto - Rua Gomes Carneiro, 01 
Pelotas - RS CEP 96010-610 
Fone: (53) 3921-1240 ou (53) 8142-2382 
e-mail: samuel.beskow@ufpel.edu.br ou samuelbeskow@gmail.com 
http://hidrica.ufpel.edu.br 
http://ppgrechid.ufpel.edu.br