Estudo Geomorfológico e Hidrológico do Rio Paraíba do Sul com Uso de Geotecnologias e Modelagem Computacional para Simulação Chuva-Vazão

por Dhiego da Silva Sales publicado 14/05/2020 11h12, última modificação 14/05/2020 11h12

Orientador(es)

Jader Lugon Junior

Coorientador: Vicente de Paulo Santos de Oliveira

Resumo

O presente trabalho consiste no estudo dos processos geomorfológicos e hidrológicos na Bacia do Rio Paraíba do Sul, para estudo preliminar da diminuição das vazões do rio principal, com o suporte de geotecnologias e modelagem computacional. Para diagnóstico do problema foram utilizadas técnicas de Sistema de Informação Geográfica (SIG), para o mapeamento espaço-temporal do deslocamento das margens e ilhas no baixo curso do rio Paraíba do Sul (65 km finais), onde a declividade e energia são menos intensas, a fim de se obter um panorama das mudanças geomorfológicas, entre os anos de 2005 e 2017. Após a espacialização dos efeitos da redução da vazão, portanto, do volume de água, na foz do rio principal, foram utilizadas técnicas de modelagem computacional a fim de se obter um modelo de toda a bacia estudada. Foram utilizados dois modelos: o Weather Research and Forecasting (WRF), para modelagem da distribuição espacial da precipitação pluviométrica e o modelo MOHID land, para a modelagem hidrológica. A modelagem da precipitação gerada pelo WRF foi implementada no MOHID Land, a fim de se obter dados espacializados de precipitação. Antes da implementação no modelo hidrológico, foram realizados testes de sensibilidade das parametrizações físicas disponíveis no WRF em 49 experimentos (livre associação de sete esquemas de microfísica e sete esquemas cumulus), sendo estes confrontados com os valores medidos nas estações automáticas do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) distribuídas na bacia, tendo sido encontrados um grupo de quatro experimentos estatisticamente semelhantes e que apresentaram desempenho satisfatório. A partir do teste de sensibilidade do modelo atmosférico foram gerados seis cenários hidrológicos com variação na entrada de dados de precipitação, sendo quatro oriundos do teste de sensibilidade do modelo atmosférico e, adicionalmente, outros dois, com dados reais de chuva medidos nas estações automáticas do INMET e interpolados pelos métodos Inverse Distance Weighting (IDW) e Triangulated Irregular Networks (TIN), respectivamente. Os resultados apresentaram uma tendência do rio a mudar sua morfologia em função da diminuição do espelho d’água na ordem de 2,26 km², bem como, o decréscimo de sua largura média na ordem de 34,75 m. Para a simulação de vazão foi observado que os dados de precipitação modelados pelo WRF foram mais eficazes que os métodos de interpolação.

Palavras-chave: Geomorfologia ambiental. Engenharia geotécnica. Modelagem hidrológica. Modelagem atmosférica. Simulação chuva-vazão.

Abstract

The present research aimed of the study of the geomorphological and hydrological processes in the Paraíba do Sul River Watershed, for preliminary study of the reduction of the channel flows of the main river, with the support of geotechnologies and computational modeling. In order to diagnose the problem, Geographic Information System (GIS) techniques were used to map the space-time displacement of the banks and islands in the lower course of the Paraíba do Sul River (last 65 km), where the slope and energy are less intense , in order to obtain an overview of the geomorphological changes, between the years 2005 and 2017. After the spatialization of the effects of the reduction of the channel flow, therefore, of the volume of water, at the mouth of the main river, computer modeling techniques in order to obtain a model of the entire studied wartershed. Two models were used: Weather Research and Forecasting (WRF), for modeling the spatial distribution of rainfall, and the MOHID land model, for hydrological modeling. The precipitation modeling generated by the WRF was implemented in MOHID Land, in order to obtain spatialized precipitation data. Previously to implementation in the hydrological model, sensitivity tests of the physical parameterizations available in the WRF were carried out in 49 experiments (free association of seven microphysics schemes and seven cumulus schemes), these being compared with the values measured in the automatic stations of the National Institute of Meteorology (INMET) distributed in the whatershed, having been found a group of four experiments statistically similar and that presented satisfactory performance. From the sensitivity test of the atmospheric model, six hydrological scenarios were generated with variation in the input of precipitation data, four from the sensitivity test of the atmospheric model and, in addition, two others, with real rain data measured in the automatic stations of the INMET and interpolated by the Inverse Distance Weighting (IDW) and Triangulated Irregular Networks (TIN) methods, respectively. The results showed a tendency for the river to change its morphology due to the decrease in the water mirror in the order of 2.26 km², as well as the decrease in its average width in the order of 34.75 m. For the flow simulation, it was observed that the precipitation data modeled by the WRF were more effective than the interpolation methods.

Keywords: Environmental geomorphology. Geotechnical engineering. Hydrological modeling. Atmospheric modeling. Rain-flow simulation.

Dissertação

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