65ª Reunião Anual da SBPC

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

MODELO HIDROLÓGICO TOPMODEL APLICADO À BACIA DO RIO PIABANHA/RJ

Marco Felipe Fialho Santos - Aluno do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Isabela da Rocha Santos - Aluna do curso de Engenharia Civil - Escola Politécnica/ UFRJ Caio Lucas Mesquita de Lima Santanna - Aluno do curso de Engenharia Ambiental – Escola Politécnica/UFRJ Rodrigo Costa Gonçalves - Mestrado/Orientador - Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ Otto Corrêa Rotunno Filho - Prof. Dr./Orientador - Programa de Engenharia Civil - COPPE / UFRJ Afonso Augusto Magalhães de Araujo - Prof. Dr./Orientador - Escola Politécnica/UFRJ

INTRODUÇÃO:

Em adição às inundações e às estiagens que ocorrem na bacia do rio Piabanha, situada na região serrana do Rio de Janeiro, os deslizamentos de terra têm merecido atenção especial crescente face às diversas mortes recentes ocasionadas na área de estudo. Diante desse cenário, são necessários esforços no sentido de procurar dar respostas mais integradas com relação ao melhor entendimento do comportamento de variáveis hidrometeorológicas. Este trabalho analisa o desempenho do modelo hidrológico semidistribuído TOPMODEL, alimentado com séries diárias de precipitação, vazão e evapotranspiração com vistas a avaliar a aplicabilidade dessa modelagem para o balanço hídrico na escala da bacia hidrográfica. A análise foi inicialmente conduzida para a sub-bacia de Pedro do Rio, região serrana do Rio de Janeiro, abrangendo uma área de drenagem de 409 km2. O período de análise estendeu-se de 1998 a 2004. Em uma segunda etapa, o estudo 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.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Este trabalho analisa a aplicação do modelo TOPMODEL, alimentado com séries diárias de precipitação, vazão e evapotranspiração, na bacia do rio Piabanha, situada na região serrana do Rio de Janeiro. Os resultados evidenciaram desempenho satisfatório para fins de modelagem do balanço hídrico e de regionalização hidrológica na escala da bacia e potencial de acoplamento com modelos geotécnicos.

MÉTODOS:

Na primeira fase, foram obtidas e consistidas as séries de precipitação e vazão para as bacias do rio Piabanha definidas em Pedro do Rio e em Moura Brasil, ao longo do período que se estendeu de 1998 a 2004. 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 e a definição do modelo digital do terreno, definido a partir da imagem de radar SRTM (Shuttle Radar Topography Misson). Em particular, o modelo, de natureza distribuída, extrai, a partir do MDT, o histograma de freqüências do índice topográfico, que leva em conta a bacia a montante de uma determinada célula e declividade da célula. 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 extensão das informações hidrológica com base no modelo ajustado.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

A importância de obtenção da série de dados de evapotranspiração potencial, a partir de registros de chuva e vazão, consistiu em uma etapa exitosa do presente trabalho. A variável evapotranspiração carece de maiores estudos para a efetiva realização do balanço hídrico na escala da bacia hidrográfica. No que tange ao modelo TOPMODEL, algumas simulações foram efetuadas, visando reproduzir o comportamento dos processos físicos do ciclo hidrológico, inicialmente para a estação fluviométrica de Pedro do Rio. Utilizou-se, para a calibração, o período entre 1998 e 2001, mantendo-se o restante da série para a fase de validação. Pôde-se observar uma representação consistente dos padrões hidrológicos da bacia, viabilizando, em uma segunda fase, a extensão dessa 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.

CONCLUSÕES:

O desempenho de um modelo hidrológico determinístico do tipo chuva-vazão depende da seleção criteriosa da estrutura do modelo e dos parâmetros adotados na modelagem, com a adequada representação dos processos componentes do ciclo hidrológico e das características físicas da bacia em estudo. Essa configuração permite a simulação dos escoamentos superficial e subsuperficial, além da avaliação do comportamento dos escoamentos na zona vadosa e na zona saturada do solo. O emprego do modelo hidrológico conceitual e semidistribuído TOPMODEL, adotado no presente estudo, permitiu mostrar a viabilidade e utilidade de tal instrumento de análise no entendimento dos padrões hidrológicos de uma bacia hidrográfica e o desempenho bastante satisfatório para fins de espacialização da informação hidrológica, finalidade de significativa importância como subsídio para a adequada gestão dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica. Adicionalmente, a concepção do modelo e os resultados obtidos evidenciaram o potencial de aplicação para determinação do estado de umidade do solo conjuntamente com a caracterização do relevo, essenciais para o acoplamento com modelos geotécnicos com vistas ao estudo de deslizamento de massas de terra em encostas.

Palavras-chave: Modelagem Hidrológica, Modelo Chuva-vazão TOPMPODEL, Bacia do rio Piabanha/RJ.