Modelagem hidrológica chuva-vazão com dados de radar e pluviômetros

Abstract

Resumo: A principal informação de entrada para os modelos chuva-vazão é a precipitação; uma variável fundamental do ciclo hidrológico com características que dependem de seu tipo, distribuição espacial e temporal, intensidade e persistência. Medidas de precipitação têm erros inerentes, algumas vezes superiores a qualquer refinamentode metodologia que simule os processos físicos numa bacia. O principal objetivo deste trabalho é analisar o impacto de diferentes formas de medida da precipitação em saídas de modelos chuva-vazão. No presente estudo, são utilizadas medidas de pluviômetros, estimativas de precipitação por radar e a integração destas medidas através de um esquema de análise objetiva estatística (ANOBES). Este método leva em conta as propriedades estatísticas do campo de precipitação para combinar medidas de pluviômetros com estimativas de precipitação por radar, tal que o erro de análise seja minimizado. As simulações hidrológicas foram realizadas com o modelo IPH II para 3 conjuntos de dados de precipitação como entrada do modelo: 1) pluviômetros, 2) chuva de radar, 3) medida de precipitação combinada através da ANOBES. A área escolhida para a realização do estudo foi a bacia do rio Barigüi, n aregião metropolitana de Curitiba Paraná. Os resultados indicaram que as medidas de pluviômetros apresentam bons resultados para eventos de precipitação estratiforme. Por outro lado, simulações para eventos de precipitação com distribuição espacial irregular não apresentaram bom desempenho. Alem disso, as simulações hidrológicas com precipitação estimada apenas pelo radar não apresentaram resultados satisfatórios, ora subestimando ou superestimando a vazão. Os melhores resultados foram produzidos com o campo de precipitação analisada com a ANOBES. Embora radares meteorológicos possam prover estimativas de precipitação com alta resolução espacial e temporal para modelos hidrológicos e outras aplicações de gerenciamento hídrico, eles precisam ser integrados com pluviômetros para melhorar a quantificação da precipitação.

Abstract: The main input to any rainfall-runoff model is the precipitation; a fundamental variableof the hydrological cycle with characteristics depending on its type, spatial and time space distribution, intensity and persistency. Rainfall measurements have inherenterrors, sometimes greater than any sophisticated method can handle to simulate physical processes of a watershed. The main objective of this work is to analyze the impact of different rainfall data measurements on rainfall-runoff model outputs. In the present study, measurements of rain gauges, weather radar and the integration of both through a statistical objective analysis scheme (SOAS). This method considers the statistical properties of the rainfall field to combine rain gauge measurements with radar rainfall estimates minimizing the analyses error. Simulations were performed with the IPH II model for three rainfall data set inputs: (1) rain gauges; (2) radar estimates and (3) combination of both through the SOAS. The Barigüi river basin was selected for this study. It is located in the Metropolitan Area of Curitiba, Paraná, Brazil. Results indicated that rain gauge measurements yield good results for stratiform rainfall events. On the other hand, simulations for rainfall events with irregular spatial distribution did not perform well. Furthermore, all hydrological simulations with radar derived rainfall estimates did not yield satisfactory results, either underestimating or overestimating the runoff. The best results were produced with the rainfall distribution obtained by SOAS. Although weather radars can provider a infall estimates with high spatial and temporal resolutions to input hydrological models and other applications in water resources management, they need to be integrated with rain gauge measurements to improve the quality of precipitation estimates.