Estudo da influência da distribuição espacial e temporal da precipitação na resposta hidrológica de bacias urbanas de pequeno porte

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Natália Duarte da Silva Moura
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
Brasil
ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
UFMG
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/1843/47027
Resumo: With the increasing urban occupation in flood susceptible areas, storm water management is becoming more and more complex. Therefore, information about storm characteristics, in high spatial and temporal resolution, is important for an adequate rainfallrunoff modeling that can be used to improve the conditions of flood forecast in cities. In the light of this problem, the present study aimed at assessing whether the spatio-temporal variability of precipitation influences the hydrological response of a small urban watershed. Two approaches were used: the first was to verify the spatio-temporal distribution of the observed extreme events in the catchment and the second was to model events with different precipitation time and space distributions. For this research, I chose the Cachoeirinha catchment, located in Belo Horizonte, MG, due to its recurrent flood records. In order to undertake the methodology, I firstly selected the events that generateda flood alert in the catchment. To do so, precipitation data with 10-minutes temporal resolution from 42 monitoring stations in Belo Horizonte were used. Secondly, rainfall fields of the events were created for each 10-minutes interval, by applying the geostatistical technique of Inverse Distance Weighting (IDW) using the Zonal Statistics as Table from ArcMap (version 10.5). By doing that, it was possible to obtain the average rainfall in each sub-catchment for each rain event and time interval, which was then used as input in the model. Following, I adapted and used the rainfall-runoff model Storm Water Management Model (SWMM) for subsequent simulations as in Siqueira, Moura and Silva (2019). The model composed of 35 sub-catchments was manually calibrated with water level data from some observed events. After calibration, a new group of observed events was selected, which were simulated in the model and generated synthetic events of the same duration and total precipitate as the chosen observed events, rotating the rainfall fields of the observed events. In addition, a third objective was also explored, by analysing whether there was a gain in using spatially distributed rainfall in comparison to the lumped modeling approach. From the analysis outputs, it was possible to conclude that the hydrological response of the Cachoeirinha catchment is influenced by the spatial and temporal distribution of the precipitation and that the model correctly represented these influences. The changes in the spatio-temporal distribution of the precipitation mainly affect the time to the peak of the hydrograph. It was also concluded that most of the observed events with flood alert have the same direction of the main watercourse, coming from upstream to downstream in the catchment. Additionally, it was possible to conclude that the simulations performed better with the use of the distributed approach than the lumped one. However the improvement, assessed using the Nash coefficient, was not very significant.
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Two approaches were used: the first was to verify the spatio-temporal distribution of the observed extreme events in the catchment and the second was to model events with different precipitation time and space distributions. For this research, I chose the Cachoeirinha catchment, located in Belo Horizonte, MG, due to its recurrent flood records. In order to undertake the methodology, I firstly selected the events that generateda flood alert in the catchment. To do so, precipitation data with 10-minutes temporal resolution from 42 monitoring stations in Belo Horizonte were used. Secondly, rainfall fields of the events were created for each 10-minutes interval, by applying the geostatistical technique of Inverse Distance Weighting (IDW) using the Zonal Statistics as Table from ArcMap (version 10.5). By doing that, it was possible to obtain the average rainfall in each sub-catchment for each rain event and time interval, which was then used as input in the model. Following, I adapted and used the rainfall-runoff model Storm Water Management Model (SWMM) for subsequent simulations as in Siqueira, Moura and Silva (2019). The model composed of 35 sub-catchments was manually calibrated with water level data from some observed events. After calibration, a new group of observed events was selected, which were simulated in the model and generated synthetic events of the same duration and total precipitate as the chosen observed events, rotating the rainfall fields of the observed events. In addition, a third objective was also explored, by analysing whether there was a gain in using spatially distributed rainfall in comparison to the lumped modeling approach. From the analysis outputs, it was possible to conclude that the hydrological response of the Cachoeirinha catchment is influenced by the spatial and temporal distribution of the precipitation and that the model correctly represented these influences. The changes in the spatio-temporal distribution of the precipitation mainly affect the time to the peak of the hydrograph. It was also concluded that most of the observed events with flood alert have the same direction of the main watercourse, coming from upstream to downstream in the catchment. Additionally, it was possible to conclude that the simulations performed better with the use of the distributed approach than the lumped one. However the improvement, assessed using the Nash coefficient, was not very significant.Com a crescente ocupação urbana em locais suscetíveis a inundações, a gestão de água da chuva está cada vez mais complexa. Portanto, informações sobre as características das tempestades, contendo elevada resolução espacial e temporal são importantes para uma adequada modelagem chuva-vazão, que tem como um de seus objetivos proporcionar a melhoria das condições de previsões de inundações nas cidades. Diante dessa problemática, o presente trabalho objetivou avaliar se existe influência da variabilidade espacial e temporal da precipitação na resposta hidrológica de uma bacia hidrográfica urbana de pequeno porte, por meio de duas abordagens, a primeira verificando a distribuição espaço-temporal dos eventos observados que geraram alertas na bacia e a segunda através de modelagem dos eventos com diferentes distribuições espaço temporais. Para essa pesquisa, foi escolhida a bacia do Córrego Cachoeirinha que se encontra no município de Belo Horizonte, MG, devido aos registros recorrentes de inundações no local. Para execução da metodologia, primeiramente foram selecionados os eventos que emitiram alerta de inundação na bacia. Foram utilizados os dados de precipitação das 42 estações de monitoramento de Belo Horizonte, com registro de precipitação a cada 10 minutos. Mapas de campos de chuva para os eventos foram criados para cada intervalo de 10 minutos, por meio da técnica geoestatística do Inverso da Distância à Potência (IDW), através da ferramenta Zonal Statistics as Table do ArcMap (versão 10.5). Por meio deste processo, foi possível obter o valor da precipitação média em cada sub-bacia para cada evento de chuva e intervalo de tempo, informações que foram usadas como dados de entrada no modelo. Para a modelagem foi utilizado o modelo hidrológico chuva-vazão, Storm Water Management Model (SWMM) definido na pesquisa de Siqueira, Moura e Silva (2019), com adaptações. O modelo, composto de 35 sub-bacias foi calibrado manualmente com os dados de nível d’água de alguns eventos observados. Após a calibração foi selecionado um novo grupo de eventos observados que foram simulados no modelo e gerados eventos sintéticos de mesma duração e total precipitado que os eventos observados escolhidos, rotacionando os campos de chuva dos eventos observados. Além disso, um terceiro objetivo foi também explorado, analisando-se se houve ganho na utilização da chuva de forma distribuída em relação à concentrada na modelagem. A partir das análises realizadas, foi possível concluir que existe influência da distribuição espacial e temporal da precipitação na resposta hidrológica da bacia do Cachoeirinha, e que o modelo utilizado representou bem essas influências. A mudança no sentido da precipitação modifica principalmente o tempo ao pico do hidrograma. Conclui-se também que a maior parte dos eventos observados que geraram alertas têm sentido correspondente ao do curso d’água principal, vindo de montante para jusante na bacia. Ainda sobre o modelo, pôde-se concluir que as simulações tiveram melhor desempenho com a utilização da precipitação de forma distribuída do que concentrada, entretanto a melhor aderência dos resultados aos observados, avaliada por meio do coeficiente de Nash, não foi muito expressiva.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoUniversidade Federal de Minas GeraisBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTALPrograma de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos HídricosUFMGPriscilla Macedo Mourahttp://lattes.cnpq.br/1049296252030551Wilson dos Santos FernandesTalita Fernanda das Graças SilvaLuciana Peixoto AmaralFernando Neves LimaNatália Duarte da Silva Moura2022-11-08T15:37:05Z2022-11-08T15:37:05Z2020-02-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1843/47027porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMG2022-11-08T15:37:05Zoai:repositorio.ufmg.br:1843/47027Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2022-11-08T15:37:05Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
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