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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2023.tde-02082023-104722
Document
Author
Full name
Bruno Ken Marchezepe
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Oliveira, Paulo Tarso Sanches de (President)
Duarte, Sergio Nascimento
Paz, Adriano Rolim da
Title in English
Streamflow predictions in ungauged basins by using the Grunsky's Method
Keywords in English
aridity index
hydrological group
mean temperature
potential evapotranspiration
regionalization
temporal scale
tropical basins
Abstract in English
Predicting runoff in ungauged basins is a significant challenge in Hydrology, and various advanced techniques have been developed to address this issue. However, returning some simplicity to the predictions might be necessary for practical uses. This master dissertation evaluates a generalized of Grunsky's approach and proposes its improvement. This approach was originally developed in the early 1900s for basins in San Francisco Peninsula, USA. First, we focus on the application of the Grunsky generalized method to 716 Brazilian catchments on interannual and monthly scales. The rainfall-runoff relation coefficient (α) is determined, and the method's performance is evaluated locally, catchment by catchment. Additionally, we regionalized and analyzed the catchments into hydrological groups. Then, an improved version of the previously tested method is proposed, incorporating a rainfall-runoff relation coefficient (α) based on mean annual temperature. Through multiple linear regression, the values are determined using catchment attributes such as the aridity index, annual average temperature, and potential evapotranspiration. The generalized method presented a median percentage bias and Kling-Gupta Efficiency of -1% and 0.73, respectively, with favorable performances observed in certain groups. On a montly scale, more than 83% of the total studied basins had at least one month with KGE greater than 0.50. The performance of the improved method indicates the suitability of this approach for predicting runoff in Brazilian basins, with KGE = 0.899, R² = 0.82, and RMSE = 27.4% on the interannual scale. Here, we emphasize the practicality and reliability of the Grunsky approach as a simple and easy-to-use equation for predicting runoff. The findings suggest that this approach can serve as a viable alternative to more complex methods, especially in ungauged or poorly gauged basins. By incorporating both theoretical and empirical elements, this study contribute to the ongoing efforts to develop accessible and effective methods for runoff prediction, furthering our understanding of hydrological processes in Brazilian catchments.
Title in Portuguese
Previsão de vazões em bacias não monitoradas usando o Método de Grunsky
Keywords in Portuguese
bacias tropicais
escala temporal
evaporação potencial
grupo hidrológico
índice de aridez
regionalização
temperatura média
Abstract in Portuguese
Estimar o escoamento em bacias não monitoradas é um desafio significativo em Hidrologia, e várias técnicas avançadas foram desenvolvidas para abordar esse problema. No entanto, reintroduzir certa simplicidade nas previsões pode ser necessário para usos práticos. Esta dissertação de mestrado avalia uma versão generalizada do Método de Grunsky e propõe seu aprimoramento. Essa versão foi originalmente desenvolvida no início dos anos 1900 para bacias na Península de São Francisco, EUA. Primeiramente, focou-se na aplicação do método generalizado de Grunsky a 716 bacias brasileiras em escalas interanuais e mensais. O coeficiente de relação precipitação-vazão (α) é determinado, e o desempenho do método é avaliado localmente, bacia por bacia. Além disso, as bacias foram regionalizadas e analisadas em grupos hidrológicos. Em seguida, foi proposta uma versão aprimorada do método previamente testado, incorporando um coeficiente de relação precipitação-vazão (α) baseado na temperatura média anual. Por meio de regressão linear múltipla, foram determinados os valores de usando atributos da bacia, como o índice de aridez, a temperatura média anual e a evapotranspiração potencial. O método generalizado apresentou uma mediana de PBIAS e Eficiência de Kling-Gupta (KGE) de -1% e 0,73, respectivamente, com desempenhos favoráveis observados em certos grupos. Em escala mensal, mais de 83% do total de bacias estudadas apresentaram pelo menos um mês com KGE maior que 0,50. O desempenho do método aprimorado indica a adequação dessa abordagem para estimar o escoamento em bacias brasileiras, com KGE = 0,899, R² = 0,82 e RMSE = 27,4% na escala interanual. Enfatiza-se aqui a praticidade e a confiabilidade da abordagem de Grunsky como uma equação simples e fácil de usar para estimar o escoamento. Os resultados sugerem que tal abordagem pode ser uma alternativa viável a métodos mais complexos, especialmente em bacias pouco ou não monitoradas. Ao incorporar elementos teóricos e empíricos, este estudo contribui para os esforços contínuos de desenvolvimento de métodos acessíveis e eficazes para a estimativa do escoamento, aprimorando a compreensão dos processos hidrológicos em bacias brasileiras.
 
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Publishing Date
2023-08-07
 
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