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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2020.tde-26112020-111327
Documento
Autor
Nome completo
Thaís da Silva Charles
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2020
Orientador
Banca examinadora
Duarte, Sergio Nascimento (Presidente)
Mendonça, Fernando Campos
Rodrigues, Carolina Bozetti
Salvador, Conan Ayade
Título em português
Regionalização hidrológica para o estado de Goiás e Distrito Federal
Palavras-chave em português
Análise de cluster
Krigagem ordinária
Modelagem hidrológica
Regiões hidrologicamente homogêneas
Resumo em português
O gerenciamento dos recursos hídricos visa solucionar problemas decorrentes do uso intensivo da água, visto o crescimento populacional e o desenvolvimento econômico e, dessa forma, garantir e preservar esse recurso para esta e para as futuras gerações, possibilitando a disponibilidade e qualidade adequada da água, além da preservação ambiental. A gestão adequada desse recurso é baseada no conhecimento acerca da disponibilidade hídrica dos cursos d'água, e para tal são utilizadas informações provenientes de estações hidrométricas distribuídas ao longo do território. No Brasil, devido à grande extensão territorial, a disponibilidade de informações por muitas vezes não é suficiente para todas as regiões de interesse. Para suprir essa problemática, há uma técnica denominada regionalização hidrológica, sendo uma alternativa na obtenção de informações da rede hídrica, como vazão, em regiões com ausência de dados, ou com dados insuficientes. Salienta-se que essa técnica consiste na transferência de informações entre locais monitorados e não monitorados, desde que esses possuam similaridade hidrológica. No Brasil, não são todas as regiões que já possuem modelos de regionalização hidrológica definidos, afetando o correto gerenciamento por falta de informações. Como acontece no estado de Goiás e no Distrito Federal, duas importantes regiões no que tange à conservação dos recursos hídricos, dado que englobam três grandes bacias hidrográficas do território nacional. Isso posto, o objetivo geral desse trabalho consistiu em desenvolver uma proposta de regionalização hidrológica de vazões de referência para o estado de Goiás e para o Distrito Federal, baseada em regiões hidrologicamente homogêneas e na regressão multivariada. A partir das séries históricas disponibilizadas pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico e posterior preenchimento das falhas existentes, foram calculadas as vazões: Q90, Q95 e Q̄ e as áreas de drenagem utilizadas para cálculo da esp, referentes às estações fluviométricas que compuseram o estudo. Já com os dados das estações pluviométricas foram calculadas a precipitação anual média, de cada uma delas, por meio da interpolação espacial por krigagem ordinária, sendo comparada aos dados obtidos com o satélite TRMM. Posteriormente, calculou-se as características fisiográficas de cada bacia: declividade média da bacia, densidade de drenagem e comprimento do talvegue principal. Em posse desses dados, foram delimitadas as regiões hidrologicamente homogêneas utilizando a análise de cluster com algoritmo k-means, obtendo-se 7 regiões. Desenvolveu-se, então, os modelos de regionalização das vazões de interesse (Q90, Q95 e Q̄) para cada uma dessas regiões por regressão linear múltipla, em que a variável dependente foi a esp e as variáveis independentes foram: declividade média da bacia, densidade de drenagem e comprimento do talvegue principal. Por fim, os modelos de regionalização foram avaliados pelos índices de performance: coeficiente de determinação (R2), teste de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), percentual de viés (PBIAS), índice de concordância de Willmont (d), coeficiente de correlação (r) e índice de confiança (c). Os resultados obtidos comprovam que os modelos, de maneira geral, apresentaram um bom desempenho quanto aos índices de performance. Entretanto, quando analisado o índice PBIAS isoladamente, o modelo da região hidrologicamente homogênea 2 apresentou o pior desempenho, seguido pela região 6, que apresentou bom desempenho para os índices PBIAS, r, d e c. A região 6 apresentou valores apenas satisfatório dos índices R2 e NSE para Q90 e Q95 quando analisado os índices R2 e NSE. Graficamente, os modelos apresentaram boa correlação entre os dados regionalizados e calculados, representando uma importante ferramenta para auxiliar as agências de água do estado de Goiás e do Distrito Federal no processo de concessão de outorgas.
Título em inglês
Hydrological regionalization for the Goiás state and the Federal District
Palavras-chave em inglês
Cluster analysis
Homogeneous hydrological regions
Hydrological modeling
Ordinary kriging
Resumo em inglês
The management of water resources aims to solve problems of intensive use of water, given population growth and economic development and, in this way, to guarantee and preserve resources for these and future generations, the availability and the personalized quality of water, in addition to environmental preservation. However, to ensure the proper management of these resources, it is necessary to know about the water availability of watercourses. For this purpose, monitoring information from hydrometric stations distributed throughout the territory is used. In Brazil, due to a large territorial extension the availability of information is often not sufficient for all regions of interest. Thus, to suppress this problem there is a technique called hydrological regionalization, being an alternative in hydrological information, such as leakage, in regions with data loss, or with insufficient data, since a technique is determined in the transfer information between the monitored and not monitored, as long as they have a hydrological similarity. In the country some regions already have regional hydrology models, but this is not a reality in all states, which end up being affected by the lack of hydrological information to carry out the correct management, or that occurs in the state of Goiás and the Distrito Federal, two important regions when it comes to respecting water resources, given that they encompass three large hydrographic basins in the national territory. This post, the aim of this work is to develop a proposal for hydrological regionalization of reference leaks for the state of Goiás and the Distrito Federal, homogeneous hydrographic regions and multivariate regression. From the historical series made available by the National Water and Basic Sanitation Agency and subsequent filling in of faults occurred calculated as flows: Q90, Q95 and Q̄, as drainage areas, used for esp calculation, with fluviometric stations used in the study. With the data for the pluviometric stations were calculated the annual average precipitation for each station using spatial interpolation by ordinary kriging and compared to the data obtained with the TRMM satellite. Subsequently, the physiographic characteristics of each basin were calculated: the mean slope of the basin, drainage density, and length of the principal river. In possession of these data, they were delimited as hydrologically homogeneous regions, using cluster analysis with k-means algorithms, totaling seven regions. Then, regionalization models were developed for each hydrologically homogeneous region by linear multiple regression, to determine Q90, Q95 and Q̄, in which a dependent variable was specified, and as independent variables were: the mean slope of the basin, drainage pressure and length of the principal river. Finally, the regionalization models were evaluated by performance indexes: determination coefficient (R2), Nash-Sutcliffe efficiency test (NSE), percent bias (PBIAS), Willmont agreement index (d), coefficient of determination (r) and confidence index (c). The models, in general, presented a good performance concerning these indices, being the model of the hydrologically homogeneous region 2 the one of worst performance, when analyzed the PBIAS index alone, followed by the region 6, which presented a good performance for the PBIAS indices, r, d, and c, but only satisfactory for Q90 and Q95 when analyzing the R2 and NSE indices. The other regions performed well for all indexes. Graphically, the models presented a good correlation between the regionalized and calculated data, since the regionalized values were very close to the real ones, representing an important tool to assist water agencies in the state of Goiás and the Distrito Federal in the granting process.
 
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Data de Publicação
2020-12-01
 
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