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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/32593| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Efeito da resolução espacial na simulação hidrológica com o modelo HIDROPIXEL-DLR |
| Autor(es): | Sousa, Francisco Judivan Celestino de |
| Primeiro Orientador: | Paz, Adriano Rolim da |
| Resumo: | A utilização de modelos hidrológicos vem sendo impulsionada pela crescente disponibilidade de dados oriundos do sensoriamento remoto nas mais diversas resoluções espaciais e temporais. Com isso, tem-se buscado incorporar abordagens distribuídas a esses modelos a fim de que as características das bacias possam vir a ser apropriadamente representadas nos modelos. Contudo, a escolha da resolução espacial é uma fase fundamental do processo de modelagem, pois a utilização de resoluções grosseiras pode prejudicar a representação espacial das características das bacias, enquanto a utilização de resoluções mais finas acarreta grandes quantidades de dados a serem processados e armazenados, bem como a aquisição desses dados pode elevar o custo do processo. Diante desse quadro, diversos estudos tem buscado investigar o efeito do uso de resoluções mais grosseiras na modelagem hidrológica. Esse trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da resolução espacial na simulação hidrológica distribuída chuva-vazão a partir do modelo Hidropixel-DLR. O Hidropixel é um modelo hidrológico distribuído chuva-vazão que utiliza uma abordagem a nível de pixel para estimar o hidrograma de escoamento superficial. A chuva excedente é estimada em cada um desses pixels com base no método SCS-CN e a vazão gerada é transladada ao exutório com base no tempo de viagem do pixel analisado. A área de estudo alvo dessa pesquisa foi a bacia hidrográfica do Alto Medway (250 km²), localizada no sudeste da Inglaterra. A partir de pesquisas anteriores, realizadas utilizando a resolução espacial de 10m, os planos de informação foram reamostrados para as resoluções alvo desse estudo: 30, 50, 90, 250, 500 e 1000m. Ao todo foram simulados 15 eventos de precipitação na bacia do Alto Medway utilizando o Hidropixel-DLR com o uso dos parâmetros de calibração desenvolvidos em pesquisa anterior utilizando a resolução de 10m. Os hidrogramas de resposta dos eventos foram analisados a partir de parâmetros característicos, como volume total escoado, vazão de pico e tempo de pico. As métricas utilizadas para avaliar os hidrogramas simulados foram o coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) e o percentual de viés (PBIAS). Também foi realizada uma análise do efeito da resolução espacial na simulação hidrológica a partir de outros aspectos, como avaliação das mudanças de características topográficas da bacia, avaliação do traçado e comprimento dos rios, qualidade das redes de drenagem e delimitação de bacias. Por fim, realizou-se também um processo de calibração específico para cada resolução trabalhada a fim de avaliar o desempenho dessas na representação da resposta hidrológica dos eventos. Os resultados mostraram que o modelo apresentou um bom desempenho ao simular os eventos de precipitação para as resoluções mais finas (30, 50 e 90m), obtendo valores de NSE médios para essas resoluções de 0.85, 0.74 e 0.58, respectivamente. Por outro lado, as resoluções mais grosseiras apresentaram resultados insatisfatórios para todos os eventos. Em aspectos gerais, o aumento do tamanho do pixel utilizado pelo modelo promoveu encurtamento das redes de fluxo de drenagem, acarretando na redução dos tempos de viagens dos pixels pertencentes à bacia. Consequentemente, os hidrogramas tiveram o parâmetro de tempo de pico antecipado, bem como as vazões de pico aumentadas. A calibração específica melhorou bastante o NSE associado aos hidrogramas, indicando que o processo pode ser utilizado para habilitar o uso de até mesmo resoluções mais grosseiras para o processo de modelagem hidrológica. |
| Abstract: | The use of hydrological models has been driven by the increasing availability of data from remote sensing in the most diverse spatial and temporal resolutions. As a result, efforts have been made to incorporate distributed approaches to these models so that the characteristics of the basins can be properly represented in the models. However, the choice of spatial resolution is a fundamental phase of the modeling process, as the use of coarse resolutions can impair the spatial representation of basin characteristics, while the use of finer resolutions entails large amounts of data to be processed and stored, as well as the acquisition of this data can increase the cost of the process. Given this situation, several studies have sought to investigate the effect of using coarser resolutions in hydrological modeling. This work aims to evaluate the effect of spatial resolution in the distributed rainfall-runoff hydrological simulation using the Hidropixel-DLR model. Hidropixel is a distributed rainfall-runoff hydrological model that uses a pixel-level approach to estimate the runoff hydrograph. Excess rain is estimated in each of these pixels based on the SCS-CN method, and the flow generated is translated to the outlet based on the travel time of the analyzed pixel. The target study area of this research was the Upper Medway watershed (250 km²), located in the south east of England. From previous researches, carried out using the spatial resolution of 10m, the information planes were resampled to the target resolutions of this study: 30, 50, 90, 250, 500 and 1000m. Altogether 15 precipitation events were simulated in the Upper Medway basin using the Hidropixel-DLR using the calibration parameters developed in previous research using the resolution of 10m. The event response hydrographs were analyzed based on characteristic parameters, such as total volume drained, peak flow and peak time. The metrics used to evaluate the simulated hydrographs were the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE) and the percentage of bias (PBIAS). An analysis of the effect of spatial resolution on the hydrological simulation was also carried out from other aspects, such as the assessment of changes in the topographic characteristics of the basin, evaluation of the route and length of rivers, quality of drainage networks and basin delimitation. Finally, a specific calibration process was also carried out for each resolution worked on in order to evaluate their performance in representing the hydrological response of events. The results showed that the model performed well when simulating precipitation events for the finer resolutions (30, 50 and 90m), obtaining average NSE values for these resolutions of 0.85, 0.74 and 0.58, respectively. On the other hand, the coarser resolutions showed unsatisfactory results for all events. In general aspects, the increase in the size of the pixel used by the model promoted a shortening of the drainage flow networks, resulting in a reduction in the travel times of the pixels belonging to the basin. Consequently, the hydrographs had the peak time parameter anticipated, as well as the peak flows increased. Specific calibration has greatly improved the NSE associated with hydrographs, indicating that the process can be used to enable the use of even coarser resolutions for the hydrological modeling process. |
| Palavras-chave: | Hidrologia Modelo chuva-vazão distribuído Método SCS-CN MDE - Modelo Digital de Elevação Hidropixel Distributed rainfall-runoff model SCS-CN method Digital Elevation Model (DEM) |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
| Sigla da Instituição: | UFPB |
| Departamento: | Engenharia Civil 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/123456789/32593 |
| Data do documento: | 23-Set-2022 |
| Aparece nas coleções: | Centro de Tecnologia (CT) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental |
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| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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