Simulação hidrológica de rios com grandes planícies de inundação.

Conhecer o comportamento hidrológico de um rio permite investigar diversas questões ecológicas relacionadas. Além de descrever o comportamento hidrológico, é importante poder prevê-lo frente a cenários futuros, e modelos matemáticos têm sido largamente utilizados com essa finalidade. A simulação do escoamento em rios tem sido realizada principalmente com modelos unidimensionais acoplados ou não com células de armazenamento de água na planície. Para o caso de rios com grandes planícies de inundação, o extravasamento de água do canal para a planície e a propagação da inundação na planície governam a passagem da onda de cheia. Caso o interesse do estudo seja representar esses processos, métodos tradicionais não são adequados e uma abordagem recente tem sido proposta baseada no acoplamento de um modelo unidimensional para simular o escoamento na calha principal e um modelo tipo raster para simular o escoamento bidimensional na planície. Este artigo discute as dificuldades e desafios para a modelagem de rios com grandes planícies de inundação e as vantagens e limitações das diferentes abordagens empregadas. É apresentado um sistema de simulação desenvolvido com esse propósito, com resultados da aplicação ao Pantanal como exemplo

Simulação hidrológica-hidrodinâmica e análise da possível influência do vento na extraordinária inundação de 1941 em Porto Alegre

The great flood of 1941 remains the most impactful and traumatic flood event in the history of Porto Alegre. This event was caused by a combination of heavy rainfall in the basin in the days prior to the peak of the flood, and the wind that occurred during the flood. However, the influence of wind on the maximum flood level, although frequently mentioned, is not well known. This is largely because there are no systematic data for wind speed measuring and direction in 1941. Therefore, the present work aims to estimate the discharge and the maximum flood level in the city of Porto Alegre and in other relevant points of the basin. using hydrologicalhydrodynamic modeling and, from there, analyze the possible role of the wind during the flood, through the simulation of hypothetical wind scenarios. The results showed that the discharges and levels were represented reasonably well with the MGB model at several locations in the basin. In relation to the 1941 event and the scenarios created, the contribution of the wind to the peak of the flood was of the order of a few to tens of centimeters, showing its potential role despite the limitations of the model.A grande cheia de 1941 continua a ser o evento de inundação mais impactante e traumático da história de Porto Alegre. Esse evento foi causado por uma combinação da grande precipitação na bacia nos dias anteriores ao pico da cheia, e do vento ocorrido durante a cheia. Entretanto, a influência do vento sobre o nível máximo da cheia, embora frequentemente mencionado, não é bem conhecida. Isto ocorre em grande parte porque não existem dados sistemáticos de medição de velocidade e direção do vento em 1941. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo estimar a vazão e a cota máxima da cheia na cidade de Porto Alegre e em outros pontos relevantes da bacia utilizando a modelagem hidrológica-hidrodinâmica e, a partir daí, analisar o possível papel do vento durante a cheia, através da simulação de cenários hipotéticos de vento. Os resultados mostraram que as vazões e níveis foram representados razoavelmente bem com o modelo MGB em diversos locais da bacia. Em relação ao evento de 1941 e os cenários montados, a contribuição do vento para o pico da cheia foi da ordem de poucos a dezenas de centímetros, evidenciando o potencial papel do mesmo apesar das limitações do modelo

Comparação entre dois procedimentos de upscaling de redes de drenagem.

Modelos de elevação do terreno (ou também denominados Modelos Numéricos do Terreno ? MNT) são utilizados para derivar diversos tipos de produtos, com destaque para a determinação das direções de fluxo e das áreas acumuladas de drenagem. Procedimentos automáticos determinam para qual pixel vizinho cada pixel drena (direção de fluxo) e a área de drenagem que contribui para cada pixel (área acumulada de drenagem), definindo a rede de drenagem de uma bacia hidrográfica (Jenson e Domingue, 1988). Tais planos de informação são derivados com a mesma resolução espacial do MNT e constituem informação de entrada para diversos tipos de modelos hidrológicos. Ao trabalhar com grandes escalas (bacias com áreas de drenagem > 10000 km2), modelos hidrológicos ou esquemas de superfície de modelos atmosféricos geralmente são discretizados em células em torno de 5 a 20 km de dimensão (Singh e Frevert, 2000; Wood et al., 1997). Embora informações de elevação do terreno e de características de tipo de solo e uso da terra geralmente estejam disponíveis com maior detalhamento, a baixa resolução da discretização de tais modelos é adotada devido ao interesse em questões de maior escala e visando a 4897 redução do custo computacional. Nesses casos, procedimentos de upscaling de direções de fluxo são aplicados para estabelecer a rede de drenagem do modelo hidrológico (Paz et al., 2006; Reed, 2003; Olivera et al., 2002). Inicialmente são determinadas as direções de fluxo e áreas acumuladas de drenagem na mesma resolução espacial do MNT (referida aqui como alta resolução; elementos denotados por pixels) e em seguida tais informações são utilizadas para estabelecer as direções de fluxo das células do modelo hidrológico (baixa resolução). Neste artigo faz-se uma análise comparativa do uso do algoritmo de upscaling de direções de fluxo descrito em Paz et al. (2006), adotando-se dois procedimentos: realização do upscaling direto (de alta para baixa resolução) e o upscaling em duas etapas (da resolução alta para a intermediária, e desta para a baixa resolução). Os resultados de um estudo de caso para a bacia do Mogi-Guaçú e Pardo são apresentados e a viabilidade do emprego do upscaling de direções de fluxo com escala intermediária em relação ao upscaling direto é avaliada por diversos critérios.1 CD-ROM

TWINLATIN: Twinning European and Latin-American river basins for research enabling sustainable water resources management. Combined Report D3.1 Hydrological modelling report and D3.2 Evaluation report

Water use has almost tripled over the past 50 years and in some regions the water demand already exceeds supply (Vorosmarty et al., 2000). The world is facing a “global water crisis”; in many countries, current levels of water use are unsustainable, with systems vulnerable to collapse from even small changes in water availability. The need for a scientifically-based assessment of the potential impacts on water resources of future changes, as a basis for society to adapt to such changes, is strong for most parts of the world. Although the focus of such assessments has tended to be climate change, socio-economic changes can have as significant an impact on water availability across the four main use sectors i.e. domestic, agricultural, industrial (including energy) and environmental. Withdrawal and consumption of water is expected to continue to grow substantially over the next 20-50 years (Cosgrove & Rijsberman, 2002), and consequent changes in availability may drastically affect society and economies. One of the most needed improvements in Latin American river basin management is a higher level of detail in hydrological modelling and erosion risk assessment, as a basis for identification and analysis of mitigation actions, as well as for analysis of global change scenarios. Flow measurements are too costly to be realised at more than a few locations, which means that modelled data are required for the rest of the basin. Hence, TWINLATIN Work Package 3 “Hydrological modelling and extremes” was formulated to provide methods and tools to be used by other WPs, in particular WP6 on “Pollution pressure and impact analysis” and WP8 on “Change effects and vulnerability assessment”. With an emphasis on high and low flows and their impacts, WP3 was originally called “Hydrological modelling, flooding, erosion, water scarcity and water abstraction”. However, at the TWINLATIN kick-off meeting it was agreed that some of these issues resided more appropriately in WP6 and WP8, and so WP3 was renamed to focus on hydrological modelling and hydrological extremes. The specific objectives of WP3 as set out in the Description of Work are

Discretização de modelos hidrológicos de grande escala: grade regular x mini-bacias.

O emprego de modelos hidrológicos distribuídos (MHD) de grande escala para diversos propósitos é tema de pesquisa bastante relevante atualmente, principalmente para avaliação de impactos potenciais de cenários de variabilidade climática ou de mudança de uso da terra sobre os recursos hídricos. A etapa inicial da aplicação de MHD é a subdivisão ou discretização da bacia em elementos menores e o estabelecimento da rede de drenagem que os conecta. Devido à falta de conhecimento e às facilidades propiciadas por ferramentas automáticas, aspectos importantes dessa etapa são muitas vezes negligenciados pelos usuários. Este artigo discute os principais métodos de discretização, com foco principal na grade regular e mini-bacias. Tomando a bacia do rio Ji-Paraná (RO) como estudo de caso, são apresentadas vantagens e limitações de cada método. Os resultados evidenciaram que, enquanto o uso de grade regular uniformiza o tamanho dos elementos, a dificuldade em definir as direções de fluxo e os trechos de rio para propagação do escoamento permanece como principal desvantagem, a despeito de metodologias propostas mais recentemente. A abordagem em mini-bacias supera tais limitações, mas causa o inconveniente de ter que lidar com enorme variação de área superficial e comprimentos de trecho de rio entre os elementos

Toward continental hydrologic–hydrodynamic modeling in South America

Providing reliable estimates of streamflow and hydrological fluxes is a major challenge for water resources management over national and transnational basins in South America. Global hydrological models and land surface models are a possible solution to simulate the terrestrial water cycle at the continental scale, but issues about parameterization and limitations in representing lowland river systems can place constraints on these models to meet local needs. In an attempt to overcome such limitations, we extended a regional, fully coupled hydrologic–hydrodynamic model (MGB; Modelo hidrológico de Grandes Bacias) to the continental domain of South America and assessed its performance using daily river discharge, water levels from independent sources (in situ, satellite altimetry), estimates of terrestrial water storage (TWS) and evapotranspiration (ET) from remote sensing and other available global datasets. In addition, river discharge was compared with outputs from global models acquired through the eartH2Observe project (HTESSEL/CaMa-Flood, LISFLOOD and WaterGAP3), providing the first cross-scale assessment (regional/continental&thinsp; × &thinsp;global models) that makes use of spatially distributed, daily discharge data. A satisfactory representation of discharge and water levels was obtained (Nash–Sutcliffe efficiency, NSE&thinsp;&gt;&thinsp;0.6 in 55&thinsp;% of the cases) and the continental model was able to capture patterns of seasonality and magnitude of TWS and ET, especially over the largest basins of South America. After the comparison with global models, we found that it is possible to obtain considerable improvement on daily river discharge, even by using current global forcing data, just by combining parameterization and better routing physics based on regional experience. Issues about the potential sources of errors related to both global- and continental-scale modeling are discussed, as well as future directions for improving large-scale model applications in this continent. We hope that our study provides important insights to reduce the gap between global and regional hydrological modeling communities.</p