Calibração e validação de modelo hidrológico com observações in situ, altimetria e gravimetria espaciais

Abstract

Este artigo tem como objetivo descrever a modelagem hidrológica da bacia do rio Negro com o auxílio conjunto da altimetria e gravimetria espaciais. Empregou-se o modelo hidrológico MGB-IPH para simular os processos hidrológicos na bacia. Uma nova abordagem baseada na discretização em mini-bacias e o estabelecimento de uma relação robusta capaz de estimar profundidades de rios espacialmente permitiram a consideração de dados altimétricos ENVISAT na etapa de validação dos parâmetros. Simulou-se um período de 10 anos, de 1997 a 2006. A etapa de calibração de parâmetros foi realizada no período de 1997-2001, disponibilizando de observações de 21 estações fluviométricas. O modelo foi validado com dados observados nos mesmos postos considerados na etapa de calibração e dados altimétricos adquiridos em 27 pontos distribuídos na bacia no período de 2002-2006, além de vazões em Manaus obtidas por ADCP para todo o período estudado. Séries mensais de armazenamento total de água oriundas de quatro soluções GRACE também foram utilizadas para avaliar o balanço hídrico calculado pelo modelo. O campo de precipitação foi criado a partir da base de dados HyBAm, e os forçantes climatológicos foram derivados de dados de reanálises NCEP. Coeficientes de eficiência derivados do conhecido Nash-Sutcliffe (NS), adaptados a médias diárias, mensais e anuais, foram utilizados em ambas as etapas de análise de vazões simuladas, além do próprio NS e dos coeficientes de correlação e de variação dos volumes de vazão. Resultados indicam que o MGB-IPH é capaz de reproduzir vazões na bacia de maneira satisfatória, apesar do insuficiente monitoramento pluviométrico. Percebe-se, ainda, o grande potencial da altimetria e gravimetria espaciais em aplicações à modelagem hidrológica de grandes bacias.

This paper aims to describe the hydrological modeling of the Negro River basin by combining spatial altimetry and gravimetry and in situ data. The MGB-IPH model was employed to simulate the hydrological processes of the basin. A new discretization approach based on mini-basins and a robust relation capable of estimating river water depths all over the basin allowed considering ENVISAT altimetric data during the validation step. The model was run for a 10-year period. The calibration step was performed in the 1997-2001 period with data from 21 gauge stations within the basin and the validation step was carried out with data from the same stations, discharge data derived from ADCP at Manaus and altimetric data at 27 locations within the basin for the 2002-2006 period, and ADCP-derived discharges at Manaus for the whole period. Monthly total water storage time series derived from four GRACE solutions were used to evaluate the simulated water balance. The precipitation field was built based on the HyBAm database and the climate forcings are those available from the NCEP reanalysis dataset. Performance coefficients derived from the well-known Nash-Sutcliffe (NS), adapted to mean daily, monthly and annual discharges, were considered in both simulation steps, as well as NS, the coefficients of correlation and relative streamflow volume error. Results show that MGB-IPH can reproduce discharges all over the basin satisfactorily, regardless of the insufficient precipitation monitoring. The potential of both spatial altimetry and gravimetry in large basin hydrological modeling applications is also noted