A influência do número de estações pluviométricas na eficiência do modelo MGB utilizando a auto-calibração dos parâmetros de solo

Abstract

Modelos hidrológicos são a base de estudos ambientais voltados a entender o comportamento dos recursos hídricos de determinada região. A modelagem parte de equações consolidadas na hidrologia, campo de estudo que trata da água na Terra e suas especificidades. Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do número de estações pluviométricas utilizadas como dado de entrada do software de modelagem hidrológica MGB, utilizando como referência o coeficiente de eficiência do modelo Nash-Sutcliffe. A área de estudo é a bacia hidrográfica do Rio Iguaçu, caracterizada por possuir elevação média considerável em relação ao nível do mar e quantidade representativa de estações pluviométricas, distribuídas de maneira uniforme em toda sua área. O Software permite a aquisição de dados de chuva a partir da Agência Nacional das Águas e Saneamento Básico (ANA) de forma automatizada. O estudo propôs três cenários, com diferentes situações de análise. A discretização da bacia hidrográfica e a escolha dos parâmetros de calibração iniciais no modelo do Cenário 1 - Modelo Inicial considera todos os postos pluviométricos disponíveis para a área e foi construído de forma a procurar um valor de coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe ideal e mais ajustado com os dados de vazões observadas. O estudo buscou reduzir o número de estações pluviométricas em relação ao Cenário 1 - Modelo Inicial aplicando um buffer no rio principal da bacia, o Rio Iguaçu, nas distâncias equivalentes a 5, 10, 20, 30, 40 e 50 km de distância do curso hídrico. O Cenário 2 - Modelo Conceitual Sem Calibração, procurou selecionar as estações que compreendessem cada situação de buffer, efetuando a simulação do modelo para os novos arquivos de precipitação interpolada, sem calibração dos parâmetros de solo. Ainda, realizou-se nova modelagem efetuando a calibração dos parâmetros de solo, utilizando a calibração automática disponível no software para a situação de 30 km de buffer da calha principal, caracterizando o Cenário 3 - Modelo Conceitual Calibrado. Observou-se que a medida em que foram retirados os dados das estações, o coeficiente de eficiência do modelo diminuiu de maneira comparativamente moderada. Ainda, os resultados do cenário 2 - sem calibração para cada situação - e cenário 3 - com nova calibração efetuada para a situação de buffer de 30 km - foram semelhantes, o que indica que a calibração inicial da bacia no modelo inicial se ajustou relativamente bem para os cenários com retirada de postos pluviométricos.

Hydrological models are the basis of environmental studies focused on understanding the behavior of water resources in a determined region. The modeling is based on equations from hydrology, a field of study that deals with water on Earth and its specificities. This study aims to evaluate the influence of the number of rainfall stations used as input data for the MGB-IPH hydrological modeling software, using the Nash-Sutcliffe model efficiency coefficient as reference. The study area is the hydrographic basin of the Iguaçu River, which is characterized by its considerable average elevation in relation to sea level and a representative number of rainfall stations, uniformly dispersed throughout its area. The software allows the acquisition of rainfall data from the National Water and Basic Sanitation Agency (ANA) in an automated way. The study proposed three scenarios, with different analysis situations. The discretization of the watershed and the choice of the initial calibration parameters in the Scenario 1 model - Initial Model considers all rainfall stations available for the area and was built in order to search for a Nash-Sutcliffe efficiency coefficient value that was ideal and more adjusted to the observed flow data. The study intended to reduce the number of rainfall stations in relation to Scenario 1 - Initial Model by applying a buffer on the main river of the basin, the Iguaçu River, at distances equivalent to 5, 10, 20, 30, 40 and 50 km away from the water course. Scenario 2 - Conceptual Model without Calibration, sought to select the stations that comprised each buffer situation, performing the model simulation for the new interpolated precipitation files, without calibration of the soil parameters. In addition, a new modeling was performed, calibrating the soil parameters, using the automatic calibration available in the software for the 30 km buffer situation of the main channel, characterizing Scenario 3 - Calibrated Conceptual Model. It was observed that as the data from the stations were removed, the model efficiency coefficient decreased moderately. Furthermore, the results of scenario 2 - without calibration for each situation - and scenario 3 - with a new calibration carried out for the 30 km buffer situation - were similar, indicating that the initial calibration of the basin in the initial model adjusted relatively well for the scenarios with the removal of rainfall stations.