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Validação de modelos hidrológicos ajustados nas regiões hidrologicamente homogêneas-RHH (slide)

Essa página contém três exemplos de validação de modelos hidrológicos ajustados nas RHH, quais sejam:

EXEMPLO DE VALIDAÇÃO N◦ 1.1
Confronto entre as vazões estimadas no ATLAS e as vazões estimadas em  "seções de controle” (estações fluviométricas) identificadas, estrategicamente  nas regiões hidrográficas estudadas.

Objetivando uma melhor compreensão da metodologia de validação dos modelos hidrológicos apresenta-se, a seguir, um esquema simplificado da técnica de regionalização utilizada no ATLAS (slides). Maiores informações sobre esse tema encontram-se  disponibilizadas no tópico RH4.0 (+ informações). Na aplicação da técnica de regionalização hidrológica nas regiões hidrográficas estudadas, os modelos selecionados foram da forma potencial (Q = βo .A^β1 .L^β2 .Dd^β3 .Dc^β4 .Pm^β5).

Dessa forma, objetivando verificar a validação dos modelos  hidrológicos ajustados nas regiões hidrologicamente homogêneas identificadas nos estudos hidrológicos  foi realizado um confronto entre os valores das vazões estimadas pelos referidos modelos e os valores das vazões estimados  nas séries históricas de cinqüenta e oito (58) estações fluviométricas  classificadas  como "seções de controle”. Na Figura 1 observa-se a localização das "seções de controle" (estações fluviométricas) nas regiões hidrográficas estudadas.

São elas:
Bacia do São Francisco - MG: Belo Vale e Paraopeba no rio Paraopeba; Carmo Cajuru e Velho da Taipa  no rio Pará; Iguatama e Porto das Andorinhas no rio São Francisco;  e Faz. Bom Jardim no rio Indaiá;  Faz. Carvalho no rio São Domingos; Vila Urucuia e Barra do Escuro no rio Urucuia; Janaúba no rio Gurutuba; Boca da Caatinga no rio Verde Grande; Juvenilha no rio Carinhanha; Unaí e Santo Antônio Boqueirão no rio Preto; Ponte da BR – 040,  Caatinga e Porto Alegre no rio Paracatu; Jequitibá, Piripama, Santo Hipólito e Várzea da Palma no rio das Velhas.
Doce: Porto Firme no rio Piranga; Ferros no rio Santo Antonio; São Pedro do Suaçui no rio  Suacui Grande; São Seb.da Encruzilhada (Pcd Inpe) no rio Manhuaçu; Cachoeira Escura, Governador Valadares (Pcd Inpe) e Linhares  no rio  Doce.
Grande - MG: Aiuruoca no rio Aiuruoca; Porto Tiradentes no rio das Mortes; Itajubá no rio Sapucaí; Conceição dos Ouros no rio Sapucaí – Mirim; Conceição do Rio Verde no rio Verde; Uberaba e Conceição das Alagoas no rio Uberaba.
Jequitinhonha e Pardo: Vila Terra Branca,  Barra do Salinas, Jequitinhonha (Pcd Inpe) e Itapebi  no rio Jequitinhonha; Carbonita e Pega no rio Aracuai; Fazenda Benfica e Candido Sales no rio Pardo.
Bacias do Leste:  Fazenda Cascata no rio Itanhem; Fazenda Diacui  no rio Mucuri; Fidelândia e Boca da Vala no rio São Mateus.
Paraiba Sul - MG: Tabuleiro no rio Formoso;  Usina Brumado no rio Brumado; Sobraji no rio Paraibuna; Patrocinio do Muriaé no rio Muriaé.
Paranaíba - MG: Fazenda Bom Jardim e Ponte Vicente Goulart no rio Paranaiba; Desemboque e Porto Saracura  no rio Araguari;  Fazenda Paraíso e Ituiutaba no rio Tijuco.     

Conclusão
De um modo geral os resultados do confronto das vazões foram considerados razoáveis nas regiões Norte e Nordeste do Estado de Minas e bons nas demais regiões hidrográficas mineiras, com pequenas variações nos valores das vazões para mais ou para menos.

Figura 1 - Localização das 58 "seções de controle" (estações fluviométricas) no mapa das regiões hidrográficas estudadas Fonte: ATLAS 2007

Como exemplo de aplicação desse procedimento  apresenta-se a seguir um confronto realizado entre as vazões estimadas através da consulta espacial: "Modelo ajustado por curso d'água - rio Casca" (Atlas, 2007) e as vazões estimadas na " seção de controle" (estação fluviométrica de São Miguel do Anta)
 

Dados

Comentários sobre a metodologia adotada

Na Figura 2 estão apresentados o mapa da rede hidrográfica da bacia do rio Doce e os modelos ajustados das vazões obtidos na "Consulta espacial georreferenciada: Modelos ajustados por curso d'água" válido para o rio Casca. Na  Figura 3 observa-se a  estação fluviométrica de São Miguel do Anta (detalhe para a régua limimétrica em 5 lances) localizada no rio Casca e, utilizada nesse exemplo como "seção de controle". Já as Figuras 4, 5, 6 e 7 (geradas no software de regionalização hidrológica RH versão 4.0) ilustram os ajustes gráficos das vazões mínimas (distribuição log-normal 3, Weibull e curva de permanência com 95% de probabilidade) e das vazões máximas máximas (distribuição de Gumbel), respectivamente.

 Na Tabela 1 encontram-se os valores das vazões estimadas utilizando-se a série histórica da estação fluviométrica de São Miguel do Anta ("seção de controle"), os valores das vazões geradas no ATLAS  e o resultado do confronto realizado entre os dois procedimentos.

Figura 2- Tela da opção - "Modelos ajustados por curso d'água" , válido para o rio Casca Fonte: ATLAS 2007

Figura 3 - Estação fluviométrica de São Miguel do Anta no rio Casca (régua limimétrica em 5 lances), utilizada como "seção de controle"

Figura 4 - Ajuste gráfico da distribuição log-normal 3 as vazões mínimas (Q7,10) do rio Casca, em S. Miguel do Anta (RH4.0)	Figura 5 - Ajuste gráfico da distribuição de Weibull ás vazões mínimas (Q7,10) do rio Casca, em S. Miguel do Anta (RH4.0)

Figura 6 - Gráfico da curva de permanência de vazões mínimas diárias (Q95) do rio Casca, em S. Miguel do Anta (RH4.0)	Figura 7 - Ajuste gráfico da distribuição de Gumbel as vazões máximas diárias anuais (TR= 2 a 500 anos) do rio Casca, em S. Miguel do Anta (RH4.0)

Tabela 1 - Vazões estimadas da "série histórica da estação fluviométrica de São Miguel do Anta" e as vazões estimadas pelo "Atlas Digital das Águas de Minas"

Conclusões

O confronto realizado entre os dois procedimentos apresentaram resultados que podem ser considerados de bons a excelentes. As menores diferenças dos valores das vazões estimadas foram encontrados nas mínimas (1,7 a 6,9%) , seguidas da média (11,9%) e finalmente das máximas (10,9 a 14,4%).

EXEMPLO DE VALIDAÇÃO N◦1.2
Confronto dos resultados obtidos do monitoramento em seções fluviais projetadas/executadas para suportar a vazão máxima no período das cheias com os resultados obtidos no ATLAS

Objetivos

Metodologia

Monitoramento do níveis máximos atingidos pela água em seções fluviais distribuídas em quatro projetos implantados de saneamento agrícola e urbano (dragagem de cursos d’água assoreados), em diferentes bacias hidrográficas do Estado de Minas Gerais no período chuvoso (outubro a março) de 1983 a 1993 (Tabela 1), e confronto dos valores das vazões máximas obtidas na aplicação dos dois procedimentos metodológicos preconizados no objetivo n° 2.

Tabela 1 – Informações sobre cursos d’água, bacias, municípios, locais de coleta de dados e técnicos responsáveis pela coleta nas seções fluviais selecionadas

O registro do nível máximo de água em cada seção fluvial foi realizado por meio de um equipamento, de baixo custo, denominado “fluviômetro de máximo”, utilizado pelo U. S. Geological Survey, dos EUA (Linsley & Franzini, 1978). Consiste em um tubo com orifícios para permitir a entrada da água; dentro do tubo, coloca-se uma régua graduada de madeira, e uma pequena quantidade de resíduo de cortiça. A cortiça flutua, e uma parte dela adere à régua, à medida que baixa o nível das águas. Depois de um período de águas altas (cheias) um observador remove a régua de dentro do tubo, anota o nível atingido pelas partículas de cortiça, limpa a régua e a repõe no tubo com mais cortiça, até a próxima subida das águas (Figuras 1, 2, 3 e 4).

Figura 1 - Croquis de “fluviômetro de máximo” instalado em uma seção fluvial objetivando o registro dos níveis de água máximos

Figura 2 - Detalhe da instalação do “fluviômetro de máximo”

Figura 3 - Fluviômetro instalado no rio Angú (bacia do rio Paraíba do Sul), município de Santo Antônio do Aventureiro

Figura 4 - Detalhe do fluviômetro instalado no rio Salitre (bacia do rio Paranaíba): Orifícios de entrada de água e régua graduada

Comentários

a) Rio Angú (bacia do rio Paraíba do Sul)	b) Rio Salitre (bacia do rio Paranaíba)
Figura 5 - Exemplo de etapas do  levantamento batimétrico na seção fluvial (projetada/executada) objetivando avaliar o nível de assoreamento do leito.

Figura 6 - Exemplo de compilação de dados de campo: Análise do nível de assoreamento do leito e declividade dos taludes do curso d’água (local: rio Angú - bacia do rio Paraíba do Sul)

As Figuras 7, 8 e 9 ilustram as condições do impacto ambiental no rio Traçadal (assoreamento do leito e das margens), e as intervenções realizadas (corte de trecho que separa duas curvas meândricas e dragagem de bancos de areia), respectivamente.  Como  a bacia hidrográfica do rio Traçadal está localizada numa região de chuvas intensas (sob a influência da Serra do Espinhaço) e com predominância de solos arenosos, a preocupação com os processos erosivos deve ser maior, uma vez que, a combinação destas duas características favorecem a desagregação das partículas do solo.

a) Assoreamento no leito fluvial	b) Depósito de areia nas margens da seção fluvial oriundo do transbordamento do leito do rio no período das cheias
Figura 7 - Impacto ambiental no rio Traçadal - município de Rio Pardo de Minas

a) Esquema seqüencial de formação de bancos de areia no curso d'água  devido a erosão dos solos ocasionada pelas práticas incorretas de manejo dos solos na bacia	b) Imagem de banco de areia construído pelo rio através da deposição de areia
Figura 8 - Esquema seqüencial de formação de bancos de areia e  imagem da deposição de areia no lado interno da curva, na margem convexa, na calha fluvial do rio Traçadal

a) Croquis de variação topográfica do leito do rio  e  detalhe do corte do trecho (pedúnculo) que separa duas curvas meândricas	b) Imagem do corte do trecho que separa duas curvas meândricas. Máquina utilizada: escavadeira  hidráulica Ponclain
Figura 9 - Croquis de variação topográfica do leito do rio  e imagem da  intervenção realizada no trecho que separa duas curvas meândricas no rio Traçadal

Conclusões sobre o monitoramento em seções fluviais projetadas/executadas em projetos de saneamento agrícola/urbano

Conclusões sobre o confronto das vazões máximas extraídas do monitoramento com as vazões máximas colhidas no "Atlas Digital das Águas de Minas"

Bibliografia

EUCLYDES, H.P. Trabalhos Necessários ao Estudo e Projeto de Saneamento Agrícola. Belo Horizonte: Ruralminas; Brasília: PROVÁRZEAS, 1983. 52p

EUCLYDES, H.P. Saneamento Agrícola. Atenuação das Cheias: Metodologia e projeto. Belo Horizonte, Ruralminas, 1987. 320 p.

LINSLEY, R.K. & FRANZINI, J.B. Engenharia de Recursos Hídricos. São Paulo. Mcgraw-Hill do Brasil, 1978. 798p.
 

EXEMPLO DE VALIDAÇÃO N◦1.3
Confronto entre a vazão mínima de referência adotada no Estado de Minas Gerais (Q_7,10) com a vazão medida na rede hidrográfica da bacia  do rio Paracatu (ribeirão Santa Fé), no período de estiagem.

Introdução

O presente exemplo teve por objetivo documentar o confronto realizado entre os modelos hidrológicos da vazão mínima Q_7,10 (linear e potencial) ajustados no estudo de regionalização hidrológica realizado na bacia do rio Paracatu, com a vazão medida na rede hidrográfica dessa bacia, no período de estiagem.

Por ocasião dos estudos hidrológicos realizados na bacia do rio Paracatu em 2007, verificou-se que o modelo de regressão que apresentou melhor ajustamento às séries históricas das vazões mínimas foi o da forma linear (Q_7,10 = βo +  β₁.A + β₂.L + β₃ .Dd + β₄.Dc + β₅.Pm), com resultados considerados de bons a excelentes relativamente aos parâmetros estatísticos: coeficiente de correlação do modelo (R²), coeficiente de correlação do modelo ajustado (R²_a), erro padrão fatorial (E_p), coeficiente de variação (Cv), significância do modelo pelo teste F (%F) e distribuição gráfica dos resíduos padronizados da regressão.

Resultado

Entretanto, ao se estabelecer o confronto da vazão mínima (Q_7,10) estimada no referido estudo hidrológico  com a vazão medida no ribeirão Santa Fé de Minas (Q_Ribeirão), localizado no município de Santa Fé - Projeto Brasilândia  (coordenadas geográficas 16º 46' S e 45º 39' W), verificou-se que a vazão Q_7,10  encontrava-se com valor bem superior a vazão Q_Ribeirão (6,5 vezes maior). O valor estimado da vazão Q_7,10  foi de 1,275 m³/s  enquanto o valor da vazão Q_Ribeirão medida em 12 de outubro de 2007 correspondeu a 0,264 m³/s. Vale destacar que de acordo com análise de freqüência das vazões mínimas realizado nessa bacia, no âmbito do programa HIDROTEC, os resultados indicaram maior concentração de valores mínimos nos meses de setembro a novembro.

Conclusão

Partindo do princípio que o escoamento superficial é um fenômeno que ocorre na natureza, na grande maioria das vezes, na forma não linear, a alternativa encontrada para solucionar esse problema de superdimensionamento da vazão mínima (Q_7,10) foi então, ajustar modelos da forma potencial (Q_7,10 =  βo .A^β1 .L^β2 .Dd^β3 .Dc^β4 .Pm^β5) às séries históricas das vazões mínimas em cada uma das três regiões hidrologicamente homogêneas identificadas na bacia objetivando, assim, representar fisicamente, melhor, o comportamento hidrológico dessas vazões. Na Figura 1 encontram-se representados graficamente para o local em estudo: a) variação das vazões mínimas com as áreas de drenagem das sub-bacias ao se aplicar os modelos linear e  potencial, b) valores das vazões estimadas com base nos referidos modelos e c) valor da vazão medida no ribeirão.

Finalmente, é importante destacar também, que, como a vazão mínima  Q_7,10  é utilizada  como vazão de referência no Estado de Minas Gerais para concessão da outorga de direito de uso dos recursos hídricos, um erro em sua estimativa certamente acarretará sérios prejuízos aos outorgados e situação extremamente desconfortável ao órgão gestor da bacia.

Figura 1 - Gráfico dos modelos linear e potencial ajustados às vazões mínimas Q7,10 da bacia do rio Paracatu; valores das vazões estimadas com base nos referidos modelos e valor da vazão medida no ribeirão Santa Fé de Minas para o local em estudo (área drenagem= 327km2).