Palestras do Depto de Mtodos Estatsticos Instituto de

Palestras do Depto. de Métodos Estatísticos Instituto de Matemática - UFRJ MODELOS HIDROLÓGICOS DIN MICOS DISTRIBUÍDOS Camilo Daleles Rennó camilo@dpi. inpe. br Set/2006

Modelagem processos ambientais Ø Ø Ø tridimensionais dinâmicos comportamentos não lineares componentes estocásticos múltiplas escalas de tempo e espaço

Modelagem Como representar estes processos? >> simplificação <<

Modelagem F 2 P 3 F 1 P 1 E 1 P 2 F 3 E 2 P 4

Modelagem Classificação Ø determinístico ou estocástico Ø baseado. X em processos modelo ou empírico Y Ø * contínuo *modelo * X ou discreto * Ø Ø ****** * pontual ou distribuído Y t t estático ou dinâmico Y=f(X 1, X 2, . . . , Xn) Y=f(X 1, X 2, . . . , Xn, t)

Ciclo Hidrológico precipitação evaporação (interceptação) transpiração evaporação infiltração zona de aeração ou zona não saturada percolação escoamento superficial fluxo ascendente lençol freático zona saturada rocha de origem escoamento sub-superficial

Bacia Hidrográfica Ø Ø Ø unidade hidrológica delimitada pelos divisores de água supõe-se um único ponto de saída (divisores de água superficial = subsuperficial) mas como estudar os processos hidrológicos dentro de uma bacia? Discretização Espacial

Discretização em Sub-bacias 3 Sub 1 1 Sub 2 represa 2 Sub 3 Sub 4 4 saída vários níveis de subdivisão da bacia

Discretização em Grade Regular fácil representação e manipulação topologia implícita correspondência com dados matriciais não consideram linhas de fluxo naturais problemas com sub e super-amostragem . . .

Discretização em Elementos Irregulares elemento “mais naturais” estrutura de dados complexa polígonos irregulares topologia inf 1 inf 2. . .

Relações Topológicas

Grade Regular x Elementos Irregulares Declividade 700 800 900 1000 Exposição 1020 m 0, 0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 90 o 180 o 0 o 270 o Cursos d’água

Dinâmica de Água no Solo zona de aeração zona saturada zona de aeração lençol freático zona saturada qi área fonte

Dinâmica de Água no Solo s r Ks profundidade do solo 0 lençol freático

Dinâmica de Água no Solo profundidade do solo 0 lençol freático

Dinâmica de Água no Solo qv Lei de Darcy Equação de Richards profundidade do solo 0 qv qv lençol freático

Dinâmica de Água no Solo Lei de Darcy Equação de Richards profundidade do solo 0 lençol freático

SASHI

SASHI

SASHI

SASHI

SASHI detecção de pontos de sela

SASHI

SASHI 1 1 1 2 2 1 1 3 1 3 2 2 1 4 2 1 1 1 ordenação da drenagem 1 1 1 2 1 4 Strahler 1

SASHI

SASHI . . . detecção de bacias

SASHI detecção de bacias Ø expansão “morro acima”

SASHI detecção de bacias Ø expansão “morro acima” Ø determinação dos limites entre sub-bacias

SASHI detecção de bacias Ø expansão “morro acima” Ø determinação dos limites entre sub-bacias Ø poligonalização das sub-bacias

SASHI detecção de bacias

SASHI

SASHI análise morfométrica

SASHI

SASHI mínima distância mínimo ângulo perpendicular linhas de fluxo mínima distância com restrição angular de 30 o

SASHI linhas de fluxo

SASHI linhas de fluxo

SASHI

SASHI l 5 l 4 b 4 l 3 l 2 b 3 l 1 b 2 <? limiar b 1 ? simplificação das linhas de fluxo

SASHI l 5 l 4 b 4 l 3 l 2 b 3 l 1 b 2 b 1 simplificação das linhas de fluxo

SASHI simplificação das linhas de fluxo limiar = 0 6233 elementos Limiar 0 50 100 150 200 250

SASHI limiar = 150 1450 elementos simplificação das linhas de fluxo

SASHI

SASHI definição dos elementos Ø poligonalizando os elementos Ø construindo topologia Ø calculando atributos básicos

SASHI Declividade Orientação definição dos elementos

SASHI

SASHI importação solos

SASHI definição dos parâmetros / solos

SASHI compatibilização / solos +5% -5%

SASHI importação vegetação

SASHI definição dos parâmetros / vegetação

SASHI compatibilização / vegetação -15% -23%

SASHI definição dos parâmetros / clima

SASHI

SASHI índice topográfico

SASHI Ks(z) = K 0 exp(-fz) zi 0 saturado zi 0 déficit definição do lençol freático

SASHI umidade volumétrica q (cm 3 cm-3) inicialização da umidade do solo potencial de água (m) profundidade relativa z superfície lençol freático seco saturado

SASHI inicialização da umidade do solo potencial de água no solo profundidade relativa -30 0, 0 -20 -10 0 -30 0, 2 0, 4 0, 6 -20 -10 0 0, 8 elemento qualquer 1, 0 elemento com profundidade máxima do lençol freático

SASHI disponibilidade inicial de água

SASHI

SASHI qd modelo hidrológico

SASHI qd modelo hidrológico

SASHI Equação de Richards Lei de Darcy dinâmica da água no solo Transformação de Kirchhoff

SASHI solução de Newton-Raphson dinâmica da água no solo

SASHI Variável umidade volumétrica de saturação C=1, 001 * umidade volumétrica residual C=11 C=1, 01 C=1, 1 C=2, 0 conditividade hidráulica (saturado) índice de capilaridade índice de estrutura do solo modelo BW Função

SASHI água disponível simulação hidrológica

SASHI água disponível simulação hidrológica 2 simulações foram testadas: IAF = 1 IAF = 4

SASHI IAF = 1 IAF = 4 simulação hidrológica

SASHI água disponível IAF = 1 IAF = 4 simulação hidrológica

SASHI IAF = 1 IAF = 4 simulação hidrológica

SASHI simulação hidrológica