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Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/13131
Tipo: Dissertação
Título: Modelagem hidrológica de pequenas bacias hidrográficas a partir de dados de elevação obtidos por lidar
Autor(es): Veeck, Sarah
Primeiro Orientador: Paz, Adriano Rolim da
Resumo: As bacias hidrográficas refletem a ocupação de suas áreas tanto na dinâmica da qualidade ambiental quanto em sua rede de drenagem, sendo a sua caracterização e o entendimento de sua dinâmica uma peça chave para que o planejamento e gestão dos sistemas de drenagem sejam feitos de maneira eficiente. Há mais de duas décadas a simulação hidrológica obteve vantagens do aprimoramento de Sistemas de Informações Geográficas (SIG), somado ao crescimento da capacidade computacional e maior disponibilidade de informações de terreno, entre elas a tecnologia LiDAR. Para simular o comportamento das bacias hidrográficas diante de eventos chuvosos são utilizados modelos de transformação chuva-vazão, dentre eles, o mais utilizado pela comunidade técnica é o método desenvolvido pelo Soil Conservation Service (SCS), devido a sua facilidade de aplicação, reduzido número de parâmetros e relação com as características físicas da bacia hidrográfica. Entretanto, o método é conhecido por considerar a bacia de forma concentrada, não explorando de forma significativa a variabilidade de suas características físicas, e influenciando na simulação de processos hidrológicos que são naturalmente variáveis no tempo e espaço. Em razão disso, diversas pesquisas buscam incorporar essa variabilidade nos modelos hidrológicos. Na presente pesquisa, a qualidade dos dados provenientes da tecnologia LiDAR é avaliada em comparação com dados provenientes da missão SRTM, por meio da extração de redes de drenagem e delimitação de bacias hidrográficas. Além disso, é utilizada uma abordagem distribuída para o consagrado método de obtenção das vazões do Soil Conservation Service (SCS), onde o método é aplicado a nível de pixel para melhor considerar a variabilidade da bacia hidrográfica. A aplicação da abordagem distribuída do método foi realizada através de rotinas computacionais desenvolvidas em Fortran, que forneceram o tempo de deslocamento do escoamento, chuva excedente e aplicação do HUT por pixel. Ao mesmo tempo, foi determinada a condição de umidade antecedente do solo para cada evento de chuva utilizado, assim como o ajuste da taxa de abstração inicial (λ), que na abordagem concentrada indica a parcela de precipitação que não gera escoamento, sendo seu valor de 20% considerado demasiado elevado pela literatura científica do assunto. A avaliação dos modelos digitais de elevação e a abordagem distribuída foram aplicadas na subbacia hidrográfica Saint Hilaire, localizada nos municípios de Porto Alegre e Viamão, devido à disponibilidade de dados observados de chuva-vazão, e modelos digitais de terreno e elevação. Trabalhado em cinco resoluções espaciais diferentes, o resultado da extração das redes de drenagem dos modelos digitais apresentou os melhores resultados quando comparada a rede de drenagem de referência e as obtidas pelas resoluções espaciais mais baixas, entretanto, as bacias hidrográficas provenientes dos modelos de alta resolução espacial melhor representaram a bacia determinada como referência. Na abordagem distribuída do método SCS, o volume e vazão máxima dos hidrogramas foram subestimadas, enquanto o tempo de pico dos eventos foi antecipado. Os valores ajustados da taxa de abstração inicial (λ) resultaram em valores predominantemente menores do que o proposto pelo método tradicional, além disso, a resolução espacial do modelo digital empregado exerceu pequena influência no valor de λ, embora tenha representado de forma mais satisfatória os hidrogramas quando empregada a resolução espacial mais alta.
Abstract: The hydrographic basins reflect the occupation of their areas in both the environmental quality dynamics and their drainage network, being the characterization and understanding of their dynamics is a key part for planning and management of drainage systems in an efficient way. For more than two decades the hydrological simulation has being benefited from the enhancement of Geographic Information Systems (GIS), including the increase in computational capacity and greater availability of terrain information, including LiDAR technology. In order to simulate the behavior of watersheds in the face of rainy events, rainfallflow transformation models are used, among them, the most used by the technical community is the method developed by the Soil Conservation Service (SCS), due to its ease of application, parameters and relation with the physical characteristics of the river basin. However, the method is known to consider the basin in a concentrated way, not exploiting significantly the variability of its physical characteristics, and influencing the simulation of hydrological processes that are naturally variable in time and space. Because of this, several studies seek to incorporate this variability into hydrological models. In the present research, the quality of the data derived from the LiDAR technology is evaluated in comparison with data from the SRTM mission, through the extraction of drainage networks and delimitation of watersheds. In addition, a distributed approach is used for the well-known Soil Conservation Service (SCS) flow-through method where the method is applied at the pixel level to better account for watershed variability. The application of the distributed approach of the method was done through computational routines developed in Fortran, which provided the travel time, runoff depth and application of HUT per pixel. At the same time, the antecedent soil moisture condition was determined for each rainfall event, as well as the initial abstraction rate (λ), which in the concentrated approach indicates the portion of precipitation that does not generate runoff, being the value of 20% considered too high by the scientific literature of the subject. The evaluation of the digital elevation models and the distributed approach were applied in the Saint Hilaire sub-basin, located in the municipalities of Porto Alegre and Viamão, due to the availability of observed rainfall-flow data, and digital terrain and elevation models. Working in five different spatial resolutions, the results of the extraction of the drainage networks of the digital models presented the best results when compared to the reference drainage network and those obtained by the lower spatial resolutions, however, the hydrographic basins from the high resolution models represent the basin determined as a reference better. In the distributed approach of the SCS method, the runoff volume and maximum flow rate of the hydrograms were underestimated, while the peak time of the events was anticipated. The adjusted values of the initial abstraction rate (λ) resulted in values that were predominantly lower than those proposed by the traditional method, in addition, the spatial resolution of the digital model exerted little influence on the value of λ, although it represented more satisfactorily the hydrographs when higher spatial resolution is used.
Palavras-chave: Modelagem hidrológica distribuída
LiDAR
SRTM
SCS
Drenagem urbana
Sensoriamento remoto
Distributed hydrological modeling
Urban drainage
Remote sensing
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal da Paraíba
Sigla da Instituição: UFPB
Departamento: Engenharia Cívil e Ambiental
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental
Tipo de Acesso: Acesso aberto
Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil
URI: http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/13131
Data do documento: 26-Mar-2018
Aparece nas coleções:Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental

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