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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2023.tde-15022024-093452
Document
Author
Full name
Lina Maria Osorio Olivos
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Júnior, Arisvaldo Vieira Mello (President)
Galvao, Carlos de Oliveira
Hirata, Ricardo Cesar Aoki
Manzione, Rodrigo Lilla
Melo Neto, José de Oliveira
Title in Portuguese
Proposta metodológica para a gestão do uso conjunto de água superficial e subterrânea aplicada numa bacia do Estado de São Paulo.
Keywords in Portuguese
Alocação de água
Balanço hídrico solo
Gestão de recursos hídricos
Modelagem distribuída
Modelagem integrada
Abstract in Portuguese
A modelagem integrada dos recursos hídricos considerando a representação espacial e temporal dos processos hidrológicos continua sendo um desafio para os órgãos gestores para a alocação da água. As águas subterrâneas e superficiais estão interconectadas, porém, na maioria dos casos são alocadas independentemente, podendo gerar situações de dupla contagem e usos não otimizados no processo de alocação. Por tal razão, com o propósito de alcançar a efetiva gestão integrada da água, diversos autores desenvolvem como alternativa o acoplamento de modelos hidrológicos, hidrogeológicos e de otimização. Diante deste quadro e seguindo esta linha de pesquisa, o presente trabalho propõe uma metodologia que envolve o uso conjuntivo das águas superficiais e subterrâneas partindo da simulação hidrológica distribuída e o uso da otimização de redes de fluxo para a alocação do recurso (sujeita às restrições do sistema) mediante a integração dos modelos RUBEM, MODFLOW e uma versão estendida do modelo PYWR chamada ACQUANETGIS. Um framework no Python foi desenvolvido e aplicado na bacia que abastece a cidade de Bauru no estado de São Paulo, a qual sofre com a escassez hídrica e evidencia criticidade nos períodos de seca. Para cada intervalo de tempo, a umidade do solo é atualizada como uma nova condição de contorno do módulo escoamento superficial-água subterrânea, sendo uma entrada para a rede de fluxo de alocação. Os indicadores de desempenho obtidos na calibração foram NSE = 0,69 e RMSE = 0,462, e as cargas piezométricas calculadas foram compatíveis com observações disponíveis, mostrando que a formulação adotada no modelo RUBEM-MODFLOW é adequada. Finalmente, para efeitos ilustrativos, foram elaborados e simulados dois cenários que mostram a influência da análise espacializada e o balanço de água no solo no atendimento das demandas, representando a natureza dinâmica dos processos de escoamento da água na superfície e no aquífero.
Title in English
Methodological approach for the integrated management of surface and groundwater, applied in a basin in the state of São Paulo.
Keywords in English
Distributed modelling
Integrated modelling
Water allocation
Water management
Water soil balance
Abstract in English
The water resources integrated modelling considering the spatial and temporal representation of hydrological processes continues to be a challenge for the management agencies for the water allocation. Groundwater and surfasse water are interconnected, however, in most cases theyn are allocated independently, which can lead to situations of double counting and non-optimized uses in the allocation process. For this reason, with the aim of achieving integrated water management, several authours have developed coupled hydrological, hydrogeological and optimization models. The presente work proposes a methodology that involves the conjunctive use of surfasse and groundwater coupling a distributed hydrological simulation and an optimized flow networks for the allocation, through the integration of RUBEM, MODFLOW and an extended version of the PYWR model called ACQUANETGIS. A Python framework was developed and applied in the basin that supplies the city of Bauru in the state of São Paulo, which suffers from water scarcity and with critical drought periods. For each time interval, soil moisture is updated as a new boundary condition of the runoff-groundwater module, being an input to the allocation flow network. The performance indicators obtained in the calibration were NSE = 0.69 and RMSE = o.462, and the calculated piezometric heads were compatible with available observations, showing that the formulation adopted in the RUBEM-MODFLOW model is adequate. Finally, for illustrative purposes, two scenarios were prepared and simulated, showing the influence of spatialized analysis and the soil water balance in meeting the demands, representing the dynamics nature of water flow processes on the surfasse and in the aquifer.
 
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Publishing Date
2024-02-19
 
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