Modelagem hidrológica dinâmica distribuída para estimativa do escoamento superficial em uma microbacia urbana

• Ano de defesa: 2008
• Autor(a) principal: Leonardo Marini Pereira
• Orientador(a): Camilo Daleles Rennó, Leila Maria Garcia Fonseca
• Banca de defesa: Claudia Maria de Almeida, Tiago Garcia de Senna Carneiro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: Floods and inundations are serious problems in Brazilian cities as a result of inappropriate urbanization processes. Impervious surface reduces or makes water infiltration impossible, leading to significant increases in surface runoff. Considering this scenario, this work aims at applying a dynamic distributed hydrological model in order to estimate surface runoff in an urban watershed. The test area for the model application is a 47.54 km² watershed in the city of Petrópolis, located in a mountainous region in Rio de Janeiro State. The hydrological model applied is the Soil Conservation Service Curve Number method, used to estimate surface runoff, implemented within the TerraME framework. This platform executes routines for spatial dynamic modelling on a cell structure named CellularSpace, over which the study area is discretized. The parameters values for the model application were calibrated by an optimization process using hydrological data from three monitoring stations distributed over the basin recording rainfall and water levels. After the calibration, the model validation was executed, resulting in a good fitting of simulated flows and variations of fluviometric levels. In the hydrologic dataset, flow data was not available. For this reason, the analysis lied on checking the variation standard among calculated flows and water levels measurements. For the model implementation, it was necessary the creation of a routine, based on the flow directions obtained from the D8 algorithm, in order to define the neighbor cell to which the water from each cellular space element is drained. The main contribution of the present work is the implementation of a distributed hydrological model using the free TerraME modelling environment. Among the possibilities of use of the implemented code there is the elaboration of flooding risk maps where the maximum supported flow is known. It is also possible to vary the parameters values allowing simulations of land use and its impact on the hydrological behavior of the basin.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2008/11.10.00.06

As enchentes e inundações são sérios problemas nas cidades brasileiras decorrentes da inadequada impermeabilização do solo pelo processo de urbanização. O solo impermeável diminui ou impossibilita a infiltração de água causando um grande aumento do escoamento superficial. Em vista deste cenário, o presente trabalho tem como objetivo aplicar um modelo hidrológico dinâmico distribuído a fim de estimar o escoamento superficial em uma microbacia urbana. A área teste para a aplicação do modelo é uma bacia hidrográfica de 47,54 km², localizada na cidade de Petrópolis, região serrana do estado do Rio de Janeiro. O modelo hidrológico proposto utiliza o método de Curva Número do SCS para a estimativa do escoamento superficial. A plataforma utilizada na implementação foi o framework TerraME. Esta ferramenta executa rotinas de modelagem dinâmica espacial sobre uma estrutura de células, chamada espaço celular, sobre a qual é discretizada a área de interesse. Os valores dos parâmetros para a aplicação do modelo foram calibrados por um processo de otimização com dados de três estações distribuídas pela bacia, que coletam medidas de precipitação e cotas linimétricas. Após a calibração, fez-se a validação do processo, no qual foi observado um bom ajuste das vazões simuladas com as variações do nível da água. Nos dados disponíveis, não se dispunha da conversão de cotas linimétricas para vazão e, por este motivo, a análise deu-se apenas na verificação do padrão de variação entre as vazões calculadas e as medidas de nível. Para a implementação do modelo, criou-se uma rotina com base nos sentidos de fluxo obtidos com o algoritmo D8, para a definição de uma célula vizinha à qual é drenada a água de cada elemento do espaço celular. O presente trabalho contribui com a implementação de um modelo hidrológico distribuído na plataforma de modelagem gratuita TerraME. Dentre as possibilidades de uso do código, está a elaboração de mapas de risco de enchentes para locais onde a vazão máxima suportada é conhecida. Cita-se, ainda, a possibilidade de variação nos parâmetros de entrada do modelo de modo a produzir simulações de uso do solo e o seu conseqüente impacto no comportamento hidrológico da bacia.