Obtenção de vazões em locais sem monitoramento através de um modelo hidrológico com assimilação de dados

Abstract

A estimativa de valores de vazão de referência máximos, médios e mínimos em locais sem dados constitui um desafio constante nos estudos de hidrologia. Em muitos casos este desafio é enfrentado utilizando as técnicas tradicionais de regionalização de vazões com suas diversas variantes e técnicas. Em outros casos são adotadas as técnicas de modelagem hidrológica chuva-vazão. No presente trabalho é apresentada uma ampla revisão bibliográfica referente aos métodos que são utilizados a nível global em pós da obtenção de dados de vazões em locais sem monitoramento. A metodologia para estimativa de vazões em locais sem dados proposta aqui é baseada na modelagem hidrológica com um modelo chuva-vazão distribuído, combinada com uma técnica de assimilação de dados de vazão observados. São apresentados testes da metodologia utilizando o modelo MGB-IPH para todas as bacias contidas total ou parcialmente no estado do Rio Grande do Sul. Os resultados são avaliados através da comparação entre as vazões de referência obtidas pela metodologia proposta e as vazões de referência calculadas com base nos dados observados em postos fluviométricos que não são utilizados no processo de assimilação de dados e cujos locais são chamados de Pseudo Não Monitorados. As vazões de referência estimadas com base na metodologia proposta também são comparadas com os valores encontrados utilizando equações de regionalização de vazões desenvolvidas para a mesma região e um método simples de interpolação linear. A avaliação dos métodos foi realizada através da quantificação dos erros relativos médios resultantes dos 4 métodos, comparando Vazões Calculadas vs. Vazões Observadas em aqueles Locais Pseudo Não Monitorados. Em geral observa-se que a assimilação de dados contribui na melhora da estimativa das vazões de referência em locais sem dados quando comparados com os outros métodos testados a exceção do caso das vazões Q50 e Q10 onde a diminuição do ERM é mínima. Os resultados obtidos nesta pesquisa encorajam o avanço nas pesquisas dentro dessa linha seja aprimorando o próprio método testado aqui ou utilizando outras metodologias de assimilação no acoplamento ao modelo hidrológico MGB-IPH e outros.

The estimate of maximum, average and minimum reference flow in places without observed data is a constant challenge in studies of hydrological engineering. In many cases this challenge is faced using traditional techniques of regionalization of flow with its various variants and techniques. In other cases, the techniques of hydrologicalrainfall–runoff modelling are adopted. In the present work a broad bibliographic review is presented referring to the methods that are used at global level in post of obtaining flow data in ungauged catchments. This research presents an empirical data assimilation method applied within the MGB-IPH model to minimize the errors in the estimation of streamflow, performed through hydrologic simulations in the Rio Grande do Sul State of Brazil. The results are evaluated by comparing of the reference flow rates obtained by the proposed methodology and reference streamflows calculated based on data observed at fluviometric stations, called Pseudo-Ungauged Locations, not used in data assimilation process. The reference streamflow estimated based on the proposed methodology are also compared with the values found using regionalization equations flows developed for the same region and a simplelinear interpolation method. The evaluation of the methods was carried out by quantifying the Average Relative Errors resulting from the three methods, comparing calculated flows vs. observed flows in those sites called Pseudo-Ungauged Locations. In general it is observed that data assimilation contributes to the improvement of the estimation of the reference flows in places with no data when compared with the other methods tested, except for the case of the flows Q50 and Q10 where the decrease of ERM is minimal. The results obtained in this research encourage the advancement of research within this line either by improving the method used here or by using other assimilation methodologies in the MGB-IPH or other hydrological model.