Uma abordagem de sistemas lineares na análise do processo chuva-vazão de uma sub-bacia do rio dos bugres

TCC(graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnológico. Engenharia Sanitária e Ambiental.O hidrograma unitário (HU) é utilizado para solucionar problemas de engenharia, estimando um hidrograma a partir de uma chuva de projeto. O HU proposto por Sherman (1932) considera a bacia como um sistema linear. Modelos sintéticos de HU, como Snyder (1938), Mockus (1957) e Clarck (1945), relacionam, direta ou indiretamente, o tempo de concentração (Tc) da bacia para encontrar os principais parâmetros do HU, como tempo de pico (tp) e vazão de pico (Qp). Tanto HU sintéticos, quanto fórmulas matemáticas de Tc, como o de Kirpich (1940) e Dooge (1979), utilizam, para calibração, fatores físicos da bacia hidrográfica. O objetivo deste trabalho é analisar o processo chuva-vazão em uma subbacia do Rio dos Bugres, de 6,9km², localizada no município de Rio Negrinho, Santa Catarina. A bacia possui cobertura de 85% de floresta ombrófila mista. A série de dados é datada de 11 de maio de 2011 a 1 de julho de 2014, com discretização temporal de 10min, e foi separada por eventos de chuva-vazão, totalizando 38 eventos. Analisou-se o Tc da bacia, para cada evento, a partir de três métodos gráficos e sete fórmulas empíricas. Aplicou-se a modelagem de três modelos conceituais de HU, Nash (1957), Rosso (1984) e James (1987) e a solução simples, na qual as ordenadas do HU são a melhor resposta de um sistema linear. Para determinação do escoamento de base, utilizou-se o filtro de Eckhardt (2005). Para distribuição da precipitação efetiva, utilizaram-se três modelos, Curve Number, Índice Phi e coeficiente de proporcionalidade. Em relação ao Tc, foi observado que o tempo entre o fim da precipitação efetiva e o fim do escoamento superficial é inversamente proporcional à precipitação, sendo que os Tc, baseado nas características físicas da bacia, subestimaram os Tc encontrados graficamente para precipitações pequenas. A Qp do HU, para todos os modelos analisados, foi sempre inversamente proporcional ao tempo de base e o tp apresentou-se proporcional à precipitação total. Foi calculado o HU médio, sendo a média das ordenadas dos HU calibrados de todos os eventos da série e fez-se verificação da validação. Concluiu-se que o que mais influencia no desempenho do HU é o modelo de distribuição da precipitação efetiva

Desenvolvimento de um modelo de inundação bidimensional acelerado por GPGPU

Inundações causam enormes prejuízos econômicos e afetam a vida de milhares de pessoas. Elaborar medidas para mitigar os efeitos das inundações é uma tarefa que exige o uso de modelos que simulem com precisão e rapidez o processo de inundação. Diante disso, os objetivos deste trabalho foram: (i) desenvolver uma implementação paralela de um modelo de inundação bidimensional para ser executado em unidades de processamento gráfico de propósito geral (GPGPU) e (ii) determinar o ganho de desempenho em comparação com uma versão sequencial equivalente. Como estudo de caso, fez-se a simulação da inundação do Campus Trindade da bacia hidrográfica da Universidade Federal de Santa Catarina. A versão paralela do modelo foi desenvolvida utilizando linguagem de programação CUDA C e uma estrutura baseada numa versão sequencial do modelo de inundação implementada em linguagem FORTRAN. Este modelo utiliza uma formulação 2D das equações de águas rasas discretizada pelo método de diferenças finitas. Para o desenvolvimento do código computacional utilizou-se o software Visual Studio Community 2013 e CUDA toolkit 8. As simulações foram realizadas em um computador equipado com processador Intel® CoreTM i7-7700L 4.2GHz e GPU GeForce GTX 1060 6GB. Por meio das comparações entre os tempos de simulação verificamos que o modelo paralelo processado em GPGPU foi 70 vezes mais rápido que a versão sequencial executada na CPU, reduzindo o tempo de simulação de 12 horas para 10 minutos. Além disso, os resultados permitiram verificar a evolução do processo de inundação na bacia demonstrando que o uso de GPGPU é uma alternativa promissora na construção de modelos de inundação, para a previsão de cheias e emissão de alerta. Palavras chave: modelo de inundação, GPGPU, CUDAFil: Carlotto, Tomas. Universidad do Estado de Santa Catarina (Brasil).Fil: Innocente, Camyla. Universidad do Estado de Santa Catarina (Brasil).Fil: Lee, Seungsoo. Universidad do Estado de Santa Catarina (Brasil).Fil: Chaffe, Pedro. Universidad do Estado de Santa Catarina (Brasil)

Twenty-three unsolved problems in hydrology (UPH) – a community perspective

This paper is the outcome of a community initiative to identify major unsolved scientific problems in hydrology motivated by a need for stronger harmonisation of research efforts. The procedure involved a public consultation through on-line media, followed by two workshops through which a large number of potential science questions were collated, prioritised, and synthesised. In spite of the diversity of the participants (230 scientists in total), the process revealed much about community priorities and the state of our science: a preference for continuity in research questions rather than radical departures or redirections from past and current work. Questions remain focussed on process-based understanding of hydrological variability and causality at all space and time scales. Increased attention to environmental change drives a new emphasis on understanding how change propagates across interfaces within the hydrological system and across disciplinary boundaries. In particular, the expansion of the human footprint raises a new set of questions related to human interactions with nature and water cycle feedbacks in the context of complex water management problems. We hope that this reflection and synthesis of the 23 unsolved problems in hydrology will help guide research efforts for some years to come

Estrutura da paisagem e padrões de escoamento de base em uma bacia costeira

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2019O escoamento de base é a parte do escoamento presente no rio entre eventos de chuva-vazão. Este trabalho é resultado de dois anos de monitoramento feito por meio de campanha de escoamento de base na bacia hidrográfica da Lagoa do Peri e tem como objetivo investigar a relação entre a estrutura da bacia e os padrões do escoamento de base. Essa bacia é costeira, em região de transição entre clima tropical e temperado, coberta por Mata Atlântica e com formação geológica de granito e dique. Foram realizadas medições de vazão e velocidade em 30 pontos diferentes da drenagem, totalizando 77 medidas de vazão e 35 de velocidade. Além disso, foram coletadas amostras de água em diferentes fontes (perfil do solo, nascentes, rios de 1° a 4° ordem e lagoa) para análise de parâmetros químicos não conservativos da água, totalizando 117 amostras, em cinco difentes dias de campanha de junho a outubro de 2018. O design experimental para coleta de água foi feito de maneira que fosse possível coletar amostras de água em sub-bacias que estivessem na mesma condição. Com os dados monitorados de vazão e velocidade foi possível compreender a hidrodinâmica da bacia e combiná-la com informações da geomorfologia da bacia para melhorar a estimativa do tempo de resposta da vazão a um evento específico de precipitação. Com os dados dos parâmetros químicos não conservativos da água associados à estrutura da paisagem, foi possível identificar que os principais controles da bacia sobre a mudança dos padrões desses parâmetros foram relacionados à dimensão (e.g. área, ordem), à cobertura vegetal (e.g. porcentagem de Mata Atlântica) e à formação geológica (e.g. porcentagem de granito), diferente das estruturas da paisagem relacionadas diretamente à topografia (e.g. declividade, altitude média). Os resultados confirmaram a necessidade, bem como os benefícios, da amostragem realizada por meio de campanha de monitoramento espacialmente distribuído a fim de esclarecer a dinâmica dos processos hidrológicos em bacias costeiras durante o período de escoamento de base.Abstract: The baseflow is the part of the streamflow during events of rainfall-runoff. This work is a result of two years monitoring done by baseflow campaign on the Lagoa do Peri watershed and it aims to investigate the relationship between the landscape structure and the baseflow patterns. This watershed is coastal, on a region transiting from tropical to temperate climate, covered by Atlantic Forest, with the geological formation consisting in granite and dyke. Discharge and velocity measurements were done in 30 different points of the drainage, totaling 77 measurements of discharge and 35 of velocitty. Besides that, water samples were collected in diferent sources (soil profile, spring, rivers of 1 st to 4 th orders and lagoon) in order to analyse non-conservative chemical parameters of water, totaling 177 samples, within five different days of campaign from June to October of 2018. The experiment design for the water collection was done in such a way that it was possible to sample the water on sub-basins that were in the same condition. From discharge and velocity data, it was possible to comprehend the hydrodynamics of the watershed and combine it with the information of the geomorphology to improve the estimative of time of the streamflow response to a precipitation event. From non- conservative chemical parameters of the water associated to the landscape profile, it was possible to identify that the main controls of the watershed on the change of parametric patterns were related to dimension (e.g. area, order), to the vegetation (e.g. Atlantic Forest percentage) and to the geological formation (e.g. percentage of granite), different from the landscape structures related directly to the topography (e.g. declivity, average altitude). The results confirmed the necessity, as the benefits, of the sampling done by means of space distributed monitoring campaign, in order to clarify the dynamics of hydrological processes in coastal watershed during the period of baseflow

Development of the Synthetic Unit Hydrograph Tool – SUnHyT

Unit hydrographs (UH) are widely used in scientific research and engineering projects to simulate rainfall-runoff processes. There are four main approaches for calculating UH: the traditional, the conceptual, the probabilistic, and the geomorphological approaches. Most software designed to facilitate the estimation of UH is usually based on only one UH approach, limiting its applicability for scientific hypotheses testing. This paper presents the Synthetic Unit Hydrograph Tool (SUnHyT), which provides nine different UH models from the four main approaches used in UH applications. SUnHyT is an open-source application that can be used intuitively through a graphical user interface. We tested the model in a case study that highlights the need for alternative approaches of UH when the traditional approach does not perform well. SUnHyT allows the estimation of design hydrographs in gauged and ungauged catchments and can be useful for hydrologists, water managers and decision-makers

Connectivity of Ephemeral and Intermittent Streams in a Subtropical Atlantic Forest Headwater Catchment

Stream network extension and contraction depend on landscape features and the characteristics of precipitation events. Although this dependency is widely recognized, the interaction among overland-flow generation processes, drainage active length, and frequency in temporary streams remains less understood. We studied a forest headwater catchment with wide variation in soil depth to investigate the runoff generation processes that lead to the occurrence of ephemeral and intermittent flow and connectivity between hillslope and outlet. We used low-cost equipment to monitor the variation in the length of the active drainage network and to measure the water table development. The flow in the channels can develop even under light rainfall conditions, while the connectivity is controlled by antecedent wetness, total precipitation, and active contribution area thresholds. Runoff permanence and fragmentation were related to soil depth variation; flow being usually more disconnected due to deeper water tables in deeper soil locations. Our findings emphasized the impact of soil structure on runoff generation in hillslopes and can be useful in the management of the most active areas and their impact on the quality of available water