Impacto de erros nos dados de entrada na eficiência de um modelo hidrológico

A aplicação de modelos hidrológicos vem sendo bastante utilizada como apoio à tomada de decisão no planejamento dos recursos hídricos. Tendo em vista que os dados que servem de entrada para esses modelos estão sujeitos a erros diversos, o presente estudo teve o intuito de contribuir com o conhecimento do impacto desses erros no desempenho do modelo e na estimativa de seus parâmetros. O modelo analisado foi o IPH II fazendo uso do programa computacional WIN_IPH2. Entendendo que a avaliação da sensibilidade ainda é uma área que requer mais estudos, o presente trabalho é focado na utilização das análises de sensibilidade estática e dinâmica. Para isso foram geradas diversas séries temporais de dados de entradas do modelo hidrológico obtidas pela perturbação da série de dados observados. A perturbação foi representada por erros aleatórios (seguindo uma distribuição normal ou uniforme) ou sistemáticos incorporados ás séries temporais das variáveis: precipitação e evapotranspiração. Posteriormente, as análises de sensibilidade estática e dinâmica foram executadas. Para efetuar o acompanhamento da interferência dos erros, na eficiência do modelo, foi feita a avaliação dos resultados obtidos com a aplicação do modelo WIN_IPH2 para diferentes medidas de desempenho, e verificado o impacto dos erros nos dados de entrada no desempenho do modelo (sensibilidade estática) e no desempenho do modelo e na estimativa dos parâmetros (sensibilidade dinâmica). Na análise de sensibilidade estática verificou-se o decaimento mais acentuado da eficiência do modelo, em comparação com a análise de sensibilidade dinâmica, onde o modelo consegue contornar os erros nos dados de entrada com a alteração dos valores dos parâmetros. Por fim, o presente estudo confirmou as conclusões obtidas em estudos anteriores: Oudin et al. (2006), Andréassian et al. (2004), Kavetski et al. (2003). Além disso, o presente estudo apontou para outros fatores, na medida em que, observa-se junto à tendência do desempenho do modelo cair quando a intensidade do erro gerado é elevada, a importância de avaliar o possível comprometimento de dados em eventos extremos, uma vez que, nessa situação o desempenho do modelo passa a ser afetado de forma mais acentuada.The hydrologic models had been used to support the decision making in water resources management. Since the input data of those models are subject to several kinds of errors, this study aimed to assess how this errors affect the model performance and the estimate of its parameters. The hydrologic model IPH II was used. Perceiving that the sensitivity analysis is still a field that requires further knowledge, this study was focused in the use of the dynamic and the static sensitivity procedures. In this sense, several time series of input data were obtained through the perturbations of an observed time serie. The perturbation was represented by the addition of random errors (with a normal or uniform distribution) or systematic errors to the observed time series of evapotranspiration and precipitation. Then, the static and dynamic sensibility analysis were performed. The effect of input data errors was assessed for several calibration processes of the IPH II using several performance measures. Thus, modification of the model performance (static sensitivity analysis) and model performance and parameter estimation (dynamic sensitivity analysis) were estimated. In the static sensitivity analysis it was found a most pronounced decay of the model efficiency in comparison with the dynamic sensitivity analysis, where the model can circumvent the errors in the input data with modification of the optimum parameter values. Finally, this study confirmed the conclusions of other previous studies as Oudin et al. (2006), Andréassian et al. (2004), Kavetski et al. (2003). In addition this study found other factors, as was observed that if the intensity of the error is high in an extreme event of precipitation, it reduced the model performance more than when it is low, in spite of the time series of errors have the same statistics

Tempo de concentração para bacias rurais monitoradas na região do planalto basáltico no sul do Brasil

O presente estudo teve por objetivo desenvolver uma equação para estimar o tempo de concentração (tc) de bacias hidrográficas rurais no sul do Brasil, utilizando o método hidrológico, que considera o tc como o tempo decorrido entre o fim da precipitação efetiva e o fim do escoamento superficial. Na série de dados utilizada foi possível separar 30 eventos de chuva e vazão para cada bacia analisada, para estimativa do tc. Os resultados da equação obtida para as bacias foram comparados com os determinados usando 13 equações empíricas desenvolvidas para bacias hidrográficas rurais. O tc médio determinado pelo método hidrológico usando 20 eventos de chuva e vazão permitiu determinar uma equação de tc utilizando o comprimento do rio principal (L), a área da bacia (A) e a declividade do rio (S), para as bacias dos rios Donato (1,10 km²), Turcato (19,25 km2) e Taboão (77,50 km2). A verificação desta equação foi realizada com os 10 eventos restantes para cada uma das bacias. O tc médio dos 20 eventos foi de 2,96, 9,53 e 19,09 horas, respectivamente para as bacias dos rios Donato, Turcato e Taboão. Para a bacia do Donato, o tc estimado pela equação de Simas-Hawkins foi o mais representativo, sendo que subestimou em 25,57% quando comparado com o obtido com o método hidrológico. A melhor equação para estimar o tc da bacia do Turcato foi a de SCS Lag, porém subestimou em 16,06%, enquanto a de Pasini foi a melhor para a bacia do Taboão e subestimou em 5,60%. Essas equações apresentaram os melhores resultados em relação a equação proposta no presente estudo. Entretanto, ressalta-se a importância em utilizar métodos que utilizam dados monitorados nas bacias analisadas.The present study aimed to develop an equation to estimate the time of concentration for rural watersheds in southern Brazil, using the hydrological method, which considers the time of concentration as the time elapsed between the end of effective precipitation and the end of the runoff. The data series used were separated 30 rain and flow events to estimate time of concentration (tc). The results of the equation obtained for the watersheds were compared with the determined using 13 empirical equations developed for rural watersheds. The average of the tc determined by the hydrological method using 20 rain and flow events allowed to determine an equation of tc using the main river length (L), the basin area (A) and the slope of the river (S), to the basins of the rivers Donato (1,10 km²) , Turcato (19,25 km²) and Taboão (77,50 km²). The verification of this equation was performed with the 10 remaining events for each of the watersheds. The average tc to 20 events was 2,96, 9,53 and 19,09 hours respectively for the watersheds of the rivers Donato, Turcato and Taboao. The tc estimated by the equation of Simas-Hawkins was 25,57% less than the tc obtained with the hydrological method, being the most representative for the watershed of Donato. Already the SCS Lag equation underestimated 16,06% the tc to Turcato watershed, while that Pasini underestimated in 5,60% for the Taboão watershed. These equations presented the best results. However, it should be noted the importance to use methods that use metered data of the watersheds

Tempo de concentração para bacias rurais monitoradas na região do planalto basáltico no sul do Brasil

O presente estudo teve por objetivo desenvolver uma equação para estimar o tempo de concentração (tc) de bacias hidrográficas rurais no sul do Brasil, utilizando o método hidrológico, que considera o tc como o tempo decorrido entre o fim da precipitação efetiva e o fim do escoamento superficial. Na série de dados utilizada foi possível separar 30 eventos de chuva e vazão para cada bacia analisada, para estimativa do tc. Os resultados da equação obtida para as bacias foram comparados com os determinados usando 13 equações empíricas desenvolvidas para bacias hidrográficas rurais. O tc médio determinado pelo método hidrológico usando 20 eventos de chuva e vazão permitiu determinar uma equação de tc utilizando o comprimento do rio principal (L), a área da bacia (A) e a declividade do rio (S), para as bacias dos rios Donato (1,10 km²), Turcato (19,25 km2) e Taboão (77,50 km2). A verificação desta equação foi realizada com os 10 eventos restantes para cada uma das bacias. O tc médio dos 20 eventos foi de 2,96, 9,53 e 19,09 horas, respectivamente para as bacias dos rios Donato, Turcato e Taboão. Para a bacia do Donato, o tc estimado pela equação de Simas-Hawkins foi o mais representativo, sendo que subestimou em 25,57% quando comparado com o obtido com o método hidrológico. A melhor equação para estimar o tc da bacia do Turcato foi a de SCS Lag, porém subestimou em 16,06%, enquanto a de Pasini foi a melhor para a bacia do Taboão e subestimou em 5,60%. Essas equações apresentaram os melhores resultados em relação a equação proposta no presente estudo. Entretanto, ressalta-se a importância em utilizar métodos que utilizam dados monitorados nas bacias analisadas.The present study aimed to develop an equation to estimate the time of concentration for rural watersheds in southern Brazil, using the hydrological method, which considers the time of concentration as the time elapsed between the end of effective precipitation and the end of the runoff. The data series used were separated 30 rain and flow events to estimate time of concentration (tc). The results of the equation obtained for the watersheds were compared with the determined using 13 empirical equations developed for rural watersheds. The average of the tc determined by the hydrological method using 20 rain and flow events allowed to determine an equation of tc using the main river length (L), the basin area (A) and the slope of the river (S), to the basins of the rivers Donato (1,10 km²) , Turcato (19,25 km²) and Taboão (77,50 km²). The verification of this equation was performed with the 10 remaining events for each of the watersheds. The average tc to 20 events was 2,96, 9,53 and 19,09 hours respectively for the watersheds of the rivers Donato, Turcato and Taboao. The tc estimated by the equation of Simas-Hawkins was 25,57% less than the tc obtained with the hydrological method, being the most representative for the watershed of Donato. Already the SCS Lag equation underestimated 16,06% the tc to Turcato watershed, while that Pasini underestimated in 5,60% for the Taboão watershed. These equations presented the best results. However, it should be noted the importance to use methods that use metered data of the watersheds