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Tipo: Tese
Título: Identificação de regiões homogêneas e geração de relações geomorfológicas de canais : impactos na modelagem hidrodinâmica em grandes bacias hidrográficas
Identification of homogeneous regions and generation of hydraulic geometries relationships: impacts on hydrodynamic modeling in large watersheds
Autor(es): Coelho, Clivia Dias
Abstract: A modelagem hidrológica em grande escala é fundamental para a gestão de recursos hídricos, especialmente em países da América do Sul, onde existe baixa densidade de estações fluviométricas. Geralmente, as dimensões transversais dos canais para aplicação na modelagem hidrológica têm sido estimadas por equações geomorfológicas (EGs) que representam características médias de uma região. Levando-se em conta que a modelagem hidrológica em diversos estudos demonstrou sensibilidade às dimensões dos canais, acredita-se que o aperfeiçoamento da sua representação pode ser feito através do refinamento das EGs, discretizadas para regiões hidrologicamente homogêneas (RHHs). Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi investigar o impacto do aperfeiçoamento da representação das dimensões dos canais, através do refinamento de EGs, na modelagem hidrológica-hidrodinâmica utilizando o software MGB SA nas bacias dos rios Purus, Doce, Parnaíba, Paraguai e Uruguai. Para a obtenção das dimensões dos canais, foram utilizados dados de perfil transversal de estações fluviométricas da Agência Nacional de Águas. O agrupamento das estações em RHHs com base na geomorfologia dos canais foi feito utilizando duas metodologias: Análise de Cluster K-means e Conveniência Geográfica. Em seguida, foram desenvolvidas EGs para cada bacia e para as RHHs. Quando não foi possível gerar RHHs, analisou-se o uso de uma equação individualizada para o rio principal. Os valores de largura e profundidade estimados pelas EGs foram então comparados com os dados observados e os obtidos nos bancos globais GRWD (Andreadis et al., 2013) e GRWL (Allen e Pavelsky, 2018). Foram realizadas duas simulações utilizando o modelo MGB SA, sendo a primeira com as EGs com melhor desempenho na bacia; e a segunda com os dados globais GRWD. Os valores estimados foram então comparados com os dados observados das estações fluviométricas. Os resultados permitiram constatar que a análise de cluster K-means foi eficiente na definição de RHHs apenas para a bacia do rio Purus, enquanto a Conveniência Geográfica permitiu a definição de RHHs para as bacias dos rios Purus, Parnaíba e Uruguai. As EGs para toda bacia melhoraram as estimativas de largura e profundidade em comparação aosdados globais em todas as bacias, enquanto as EGs para as RHHs proporcionaram melhores estimativas para as bacias dos rios Purus, Uruguai e Parnaíba. Já o uso de equações para o rio principal nas bacias dos rios Doce e Paraguai não proporcionou melhoria nas estimativas das dimensões dos canais destas bacias. O uso de EGs mais refinadas proporcionou melhora no desempenho da modelagem de vazão e nível com o modelo MGB SA apenas na bacia do rio Purus, devido ao fato de que o aprimoramento da representação dos canais apresenta efeitos maiores em regiões com grandes planícies de inundação. A diferença de desempenho na modelagem com o uso das EGs não apresentou relação direta com a área de drenagem, estando mais relacionada à presença de planícies de inundação. Por fim, os dados globais GRWD podem ser utilizados com relativa confiança para modelagem de vazão e nível com o modelo MGB SA em bacias com rios mais declivosos, enquanto as EGs mais refinadas devem ser utilizadas para aplicações em bacias com grandes planícies de inundação e hidrodinâmica simples. Palavras-chave: Geometria de canais. Regiões hidrologicamente homogêneas. Modelagem hidrológica.
Large-scale hydrological modeling is essential for water resources management, especially in countries in South America, where there is a low density of fluviometric stations. Generally, the cross-section dimensions of river channels for application in hydrological modeling have been estimated by hydraulic geometries (HG) relationships that represent average characteristics of a region. Taking into account that the hydrological modeling in several studies demonstrated sensitivity to the dimensions of river channels, it is assumed that the improvement of its representation can be done through the refinement of the HG relationships, discretized for hydrologically homogeneous regions (HHRs). Thus, the objective of this study was to investigate the impact of the improvement of river channels dimensions representation, through the refinement of HG relationships, in the hydrological-hydrodynamic modeling using the MGB SA software in the Purus, Doce, Parnaiba, Paraguay and Uruguay basins. To obtain the dimensions of the river channels, cross-sectional data from fluviometric stations of the Brazilian National Water Agency were used. The grouping of stations in HHRs based on channels geomorphology was done using two methodologies: K- means Cluster Analysis and Geographic Convenience. Then, HG relationships were developed for each basin and HHRs. When it was not possible to generate HHRs, the use of an individualized relationships for the main river was analyzed. The width and depth values estimated by the HG relationships were then compared with observed data and data from the global banks GRWD (Andreadis et al., 2013) and GRWL (Allen and Pavelsky, 2018). Two simulations were performed using the MGB SA model with different geomorphological databases: a) HG relationships with better performance in the basin and b) global GRWD data. The simulated values were then compared with the observed data from the fluviometric stations. The results showed that that the K- means cluster analysis was efficient in defining HHRs only for the Purus river basin, while the Geographical Convenience allowed the definition of HHRs for the Purus, Parnaiba and Uruguay basins. The HG relationships for the entire basin improved the width and depth estimates compared to global data banks in all basins, while the HGrelationships for the HHRs provided better estimates for the Purus, Uruguay and Parnaiba river basins. The use of equations for the main river in the Doce and Paraguay river basins did not improve the estimates of channel dimensions in these basins. The use of more refined HG relationships provided an improvement in the performance of the streamflow and level modeling with the MGB SA model only in the Purus river basin, due to the fact that the improvement of the representation of the channel geomorphology has greater effects in regions with large floodplains. The difference in modeling performance with the use of HG relationships was not directly related to the drainage area of the studied basins, being more related to the presence of floodplains and backwater effects. Finally, the global GRWD data can be used with relative confidence for streamflow and water level modeling with the MGB SA model in basins with more steep rivers, while the more refined HG relationships should be used for applications in basins with large floodplains and simple hydrodynamics. Keywords: Channel geometry. Hydrological homogeneous regions. Hydrological modeling.
Palavras-chave: Hidrologia de bacias
Canais (Engenharia hidráulica)
Geomorfologia
CNPq: Engenharia de Água e Solo
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Doutor em Engenharia Agrícola
Citação: COELHO, Clívia Dias. Identificação de regiões homogêneas e geração de relações geomorfológicas de canais : impactos na modelagem hidrodinâmica em grandes bacias hidrográficas. 2020. 241 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/28399
Data do documento: 19-Fev-2020
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