A hidrologia utiliza modelos hidrológicos e hidráulicos para estudar os complexos processos que engloba o ciclo hidrológico. Destes modelos, os que simulam o processo de transformação chuva-vazão, assim como os de propagação hidrológica em canais estão entre os mais utilizados. Exemplos de utilização destes modelos são a definição de cenários hidrológicos, dimensionamento e verificação de obras hidráulicas e o preenchimento de períodos faltosos.
A utilização de diferentes softwares que permitem a realização da modelagem hidrológica é uma necessidade para o profissional da área de recursos hídricos e, em particular, da drenagem urbana. Assim, ao longo de deste curso serão abordados os princípios da modelagem hidrológica, e os critérios a ser considerados para avaliar o desempenho do modelo utilizado.
O curso será baseado na utilização prática do modelos hidrológico HEC-HSM, amplamente utilizados e recomendados em estudos hidrológicos no mundo todo. Durante o curso se abordarão problemas de aplicação de certa complexidade hidrológica e sua solução no HEc-RAS,incluindo funcionalidades tais como reservoir creation tool, diversion creation tool, source creation tool, sink creation tool e subbasin creation tool, abrangendo as diferentes possibilidades de configuração dos métodos de cálculo e utilização de dispositivos. Por exemplo, nas ferramentas de reservatórios o mesmo abrangerá a analise de outlets, spillways, dam tops, pumps, dam break, dam seepage.
OBJETIVO
Ao final do curso o aluno deve ser capaz de:
- conhecer um mínimo teórico dos conceitos de modelagem
- aplicar um modelo hidrológico e analisar os resultados desde um ponto de vista crítico;
- ter uma idéia geral das potencialidades do uso do modelo HEC-HMS;
- conhecer as bases para aplicar o modelos HEC-HMS na análise de algumas situações práticas:
TÓPICOS
Realização de estudos usando modelos hidrológicos (1h)
Etapas da modelagem do processo de transformação chuva-vazão. Classificação de sistemas e modelos hidrológicos. Seleção do modelo e de sua estrutura, análise de sensibilidade, calibração, verificação, análise de incertezas e aplicação do modelo.
Introdução ao HEC-HMS (1h)
Capacidades, organização dos dados; visão da bacia; entrada e edição de dados; configurações e execução, exibindo a saída.
Prática com HEC-HMS: criação de projetos (1h)
Mecânica do programa: a criação de conjuntos de dados, execução de projetos e visualização dos resultados.
Noções básicas Escoamento superficial (4h)
Revisão dos conceitos básicos do processo de escoamento para que os alunos tenham capacidade de interpretar os diferentes processos modelados posteriormente. Serão dadas noções sobre os componentes de um hidrograma: escoamento superficial, subsuperficial e subterrâneo. Precipitação total e efetiva. Determinação da precipitação efetiva: através da infiltração, considerando índices e usando relações funcionais (método do SCS). Tempo de retorno de eventos de precipitação. Modelos lineais de simulação do escoamento superficial: hidrograma unitário e método racional. Hidrograma unitário, HU sintético: Clark, SCS, etc.
Prática com HEC-HMS: rodando projetos (3 h)
Elaboração de um exemplo passo a passo aplicando os conceitos anteriores : escolha de modelos, estimativa de parâmetros, incorporação dos parâmetros no HEC-HMS, avaliação dos resultados.
Calibração de modelos de transformação chuva-vazão (1h)
Conceito de calibração. Calibração manual: critérios subjetivos, comparação visual do hidrograma observado e calculado. Vantagens e desvantagens da calibração manual. Calibração automática: motivação, funções objetivo, algoritmos de otimização. Calibração automática monobjetivo: busca local, busca global. Calibração automática multiobjetivo: soluções não dominadas, região de Pareto. Vantagens e desvantagens da calibração automática. Incertezas na modelagem do processo de transformação de chuva em caudal. Fontes de incertezas. Incertezas na calibração dos parâmetros.
Pratica com HEC-HMS: calibrando parâmetros automaticamente (2 h)
Utilizando os recursos de calibração do HEC-HMS para estimar os parâmetros do hidrograma unitário e de perdas.
Propagação em Canais (2h)
Princípios. Equações que representam o escoamento. Simplificações. Tipos de Modelos de propagação em canais. Descrição dos principais tipos de modelo. Aplicabilidade. Método de Puls.
Pratica com HEC-HMS: Propagação em canais (2h)
Aplicação prática dos conceitos de propagação em canais, avaliando críticamento o uso de cada metodologia
Pratica com HEC-HMS: Utilizando o modelo para resolver situações práticas (4,5h)
Prática intensiva do uso do HEC-HMS supervisionada pelos professores que complementam os exemplos já abordados nas etapas anteriores. Ao chegar aqui, os alunos já terão o conhecimento sobre o uso do programas e suas bases matemáticas. Entre os exemplos abordados serão será determinada a da precipitação efetiva utilizando o parâmetro número de curva (CN) e para a propagação das vazões na bacia será utilizado o Hidrograma unitário sintético do SCS e da onda em canais o método Muskingum-Cunge.
Serão realizadas simulações explorando as ferramentas reservoir, source, sink, diversion e subbasin creation tools.
Assim, esta etapa definitiva tem por objetivo que o aluno utilize os programas como uma ferramenta que subsidie a sua resposta antes diversas situações hidrológicas em análise, mais com um critério crítico, analisando e discutindo os resultados em classe.
Obtendo os parâmetros do modelo via SIG (1/2 h)
Apresentação das potencialidades da utilização do ArcGis para estimativa dos parâmetros do HEC-HMS.
DURAÇÃO
Total: 22 horas.
MATERIAL
Apostila com o conteúdo resumido do curso, além das apresentações das aulas e material multimídia.
BIBLIOGRAFIA
ALLASIA, D. G. ; TASSI, Rutineia ; VILLANUEVA, Adolfo O N ; TUCCI, Carlos ; VIEGAS, João . Manual de fundamentos do sistema computacional IPHS1. Porto Alegre: IPH-UFRGS, 2002. v. 1. 45 p.
CHOW, V.T., MAIDMENT, D.R. y MAYS, L.W. 1994. Hidrología Aplicada. McGraw Hill. Bogotá.
LINSLEY, R. K. 1976. Rainfall-runoff models. In: Systems approach to water management. New York : Mcgraw-Hill, p.16-53.
LINSLEY, R. K., KOHLER, M.A. y PAULUS, J.L. 1967. Hidrología para ingenieros. New York: Mcgraw-Hill, 350p.
MAIDMENT, D. R. Handbook of hydrology. New York: Mcgraw-Hii, 1993.
SINGH, V. P.; FREVERT, D. K. 2006. Watershed models. Taylor & Francis Group, 653 p.
TASSI, Rutinéia ; ALLASIA, D. G. . Manual de Exemplos do modelo IPHS1. Porto Alegre: Rutinéia Tassi, 2005.
TASSI, Rutinéia ; VIEGAS, João ; ALLASIA, D. G. ; DAMÉ, Rita de Casia Fraga ; TUCCI, Carlos . Manual de Usuário do Modelo Hidrológico IPHS1. Porto Alegre: Rutineia Tassi, 2005. 46p.
TUCCI, C.E.M., 1993. Hidrologia, ciencia e aplicação, Ed. Universidade /UFRGS / Associação Brasileira de Recursos Hídricos. Porto Alegre, 943p.
TUCCI, C.E.M., 1998. Modelos Hidrológicos, Ed. Universidade/UFRGS/ Associação Brasileira de Recursos Hídricos. Porto Alegre, 678p.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 1989. Water Control Software: Forecast and Operations. (Computer program manual). U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 1992. HEC-IFH Interior Flood Hydrology Package: User’s Manual. (Computer program manual). U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 1998. HEC-1 Flood Hydrograph Package: User’s Manual. (Computer program manual). U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 2000. Hydrologic Modeling System, HEC-HMS: Technical Reference Manual. CPD-74B. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA. Available at http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/documentation/hms_technical.pdf.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 2001a. Hydrologic Modeling System, HEC-HMS: User’s Manual. CPD-74A. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA. Available at http://www.hec.usace.army.mil/software/hechms/documentation/hms_user.pdf.
U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center (HEC). 2001b. Hydrologic Modeling System, HEC-HMS: Differences Between HEC-HMS and HEC-1. CPD-74B. U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Davis, CA. Available at http://www.hec.usace.army.mil/software/hechms/documentation/hms_differences.pdf.