63ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 3. Engenharia Civil

Regionalização de informações hidrológicas a partir do modelo hidrológico SMAPII na bacia do rio Piabanha – região serrana do Rio de Janeiro

Camilo Vinicius de Pina Corriça 1 Dayane de Almeida Conceição 2 Rodrigo Costa Gonçalves 3 Ligia Maria Nascimento de Araujo 4 Otto Corrêa Rotunno Filho 5 Afonso Augusto Magalhães de Araujo 6

1. Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica / UFRJ – PET CIVIL 2. Aluna de Graduação do Curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica / UFRJ – PET CIVIL 3. Mestrado/Orientador – Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ 4. Doutoranda/Orientadora– Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ 5. Professor/Orientador - Escola Politécnica / UFRJ e COPPE / UFRJ 6. Professor/Orientador – Escola Politécnica - UFRJ

INTRODUÇÃO:

Os modelos são um meio para extrapolar os dados medidos no tempo e no espaço, particularmente para bacias sem medição ou pouco monitoradas, e dar suporte à tomada de decisão sobre problemas hidrológicos em planejamento de recursos hídricos, proteção a inundações, mitigação de contaminações, entre outras atividades. Este trabalho analisa o desempenho dos modelos SMAPII, versão original com Rosenbrock, alimentado com séries diárias de precipitação, vazão e evapotranspiração com vistas a avaliar a aplicabilidade dessa modelagem para a regionalização de informações hidrológicas. A análise foi inicialmente conduzida para a sub-bacia de Pedro do Rio, região serrana do Rio de Janeiro, onde se desenvolvem estudos com a participação da COPPE/UFRJ e da CPRM, entre outros organismos estaduais e federais, abrangendo uma área de drenagem de 409 km2 . O período de análise estendeu-se de 1998 a 2004. A partir desse referencial, o estudo de regionalização foi aplicado à bacia estendida, que abrange a bacia de Pedro do Rio, delimitada pelo posto fluviométrico Moura Brasil (2.049 km²), ambas situadas na bacia do rio Piabanha/RJ. Avaliou-se o potencial da modelagem hidrológica para fins de regionalização hidrológica, incluindo-se a discussão sobre as vantagens e limitações atuais de sua aplicação.

METODOLOGIA:

Durante a análise das séries históricas de vazão e de precipitação em todas as estações do estudo, optou-se pela modelagem para o período entre 1998 e 2004. Inicialmente, foram obtidas as séries de precipitação e vazão para as bacias do rio Piabanha definidas em Pedro do Rio e em Moura Brasil. Consolidados os registros hidrológicos, foi aplicado o balanço hídrico sazonal, permitindo a estimativa da evapotranspiração potencial. O modelo exige, além das séries de precipitação, vazão e evapotranspiração potencial, a atribuição de valores iniciais para os parâmetros a serem calibrados que sejam condizentes com a realidade da bacia, uma vez que o processo matemático de minimização da função objetivo pode levar a diversos pontos de mínimos locais, tendo em vista que o seu caráter é altamente não linear. O processo de calibração automática é, então, aplicado, de forma a melhor ajustar o hidrograma gerado pelo modelo ao hidrograma observado na seção fluviométrica de estudo. Assim, calibrou-se e validou-se o modelo em Pedro do Rio para os períodos entre 1998 e 2001 e entre 2002 e 2004 respectivamente, estendendo-se, então, a parametrização hidrológica obtida para Moura Brasil, permitindo avaliar o potencial de regionalização hidrológica do modelo.

RESULTADOS:

Registre-se, inicialmente, a importância de obtenção da série de dados de evapotranspiração potencial, raramente mensurada, simplesmente a partir de registros de chuva e vazão . No que concerne ao modelo SMAPII, algumas simulações foram efetuadas, visando compreender o comportamento dos processos físicos do ciclo hidrológico. Utilizou-se, para a calibração, o período entre 1998 e 2001, mantendo-se o restante da série para a fase de validação. Durante o desenvolvimento do trabalho, no entanto, outros períodos foram simulados para análise do desempenho do modelo em períodos de calibração mais longos ou mais curtos. Constatou-se a importância de se atribuir valores iniciais aos parâmetros compatíveis com a realidade física. Pôde-se observar uma representação consistente dos padrões hidrológicos da bacia, viabilizando, em uma segunda fase, a introdução de procedimento de calibração automática, que permitiu obter o conjunto final de parâmetros para a bacia de Pedro do Rio com uma reprodução adequada do hidrograma observado do posto. Uma vez obtido o conjunto de parâmetros, estendeu-se essa parametrização para Moura Brasil, que produziu resultados bastante animadores na medida em que conseguiu reproduzir com boa aderência o comportamento hidrológico observado nessa bacia maior.

CONCLUSÃO:

O desempenho dos diversos modelos hidrológicos determinísticos do tipo chuva-vazão existentes depende da seleção criteriosa da estrutura do modelo e dos parâmetros adotados na modelagem, respeitada a finalidade e adequada representação dos processos componentes do ciclo hidrológico e das características físicas da bacia em estudo. O emprego do modelo hidrológico conceitual e determinístico SMAPII, adotado no presente estudo, permitiu mostrar a viabilidade e utilidade de tal instrumento de análise no entendimento dos padrões hidrológicos de uma bacia hidrográfica. Adicionalmente, os resultados obtidos evidenciaram desempenhos bastante satisfatórios para fins de regionalização hidrológica, finalidade de significativa importância como subsídio para a adequada gestão dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica.

Palavras-chave: Modelagem hidrológica, Modelo chuva-vazão, Bacia do rio Piabanha/região serrana do Rio de Janeiro.