Author(s): Camilo Daleles Rennó
Date: 2003
Origin: OASIS br
Subject(s): discretização; discretization; fluxos de água; watershed; soil moisture; umidade de solo; water flow; bacia hidrografica; modelos hidrológicos; hydrology models
Document details
Building a hydrological analysis and simulation system for drainage basin appli...
Description
Hydrological models are useful tools to understand the hydrological behavior of watersheds. These models should represent most of hydrological processes to be able to produce realistic results. However, models are only an aproximation of the truth and they require good initialization of state variables and a large amount of data to properly represent the processes. This works aims at presenting a hydrological analysis and simulation system, denominated SASHI (the acronym derives from the Portuguese ?Sistema de Análise de Simulação Hidrológica?). This computer system uses a contourbased method to subdivide a basin into irregular elements (polygons). These elements will be the basic spatial unit for the hydrological model. The implemented hydrological model was designed to enable the simulation of the soil-vegetation-atmosphere system behavior considering the spatial variation of each component and predicting the dynamic interactions as well as energy and water fluxes. The soil hydrology is described by the Richards equation and adopts the roadbridge-White model to simplify the solution of this equation using a finite difference as numerical solution technique. SASHI allows to automatically extract basin boundaries from the contour lines and the drainage, and to calculate some morphometric indices from these basins. It also calculates the topographic index which can be used by the hydrological model to estimate the initial condition of the soil humidity. SASHI was tested in a sub-basin of Corumbataí river in São Paulo State, Brazil. A discussion about the discretization method and the initialization of the hydrological model was presented. Two hydrological simulations were tested for the period August 1994 - July 1995: one considering a 1 m2/m2 LAI forest and the other a 4 m2/m2 LAI forest, using the same soil and climate data. The results of the discretization showed that the irregular elements could satisfactorily represent the variability of slope and aspect of the basin. The simulation pointed out the necessity of defining an upward water flux, below soil profile, in order to maintain the evapotranspiration process during dry seasons. Os modelos hidrológicos são ferramentas úteis para o entendimento do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas. Estes modelos deveriam representar grande parte dos processos hidrológicos a fim de produzir resultados realistas. Entretanto, os modelos são apenas uma aproximação da realidade e requerem uma boa inicialização das variáveis de estado e uma grande quantidade de dados para representar apropriadamente os processos. Este trabalho tem como objetivo apresentar o ?Sistema de Análise de Simulação Hidrológica - SASHI?, que utiliza o modelo numérico do terreno representado por curvas de nível, para discretizar uma bacia hidrográfica em elementos irregulares (polígonos). Esses elementos constituem a unidade espacial básica do modelo hidrológico distribuído. O SASHI foi desenvolvido de modo a permitir a simulação do comportamento do sistema solo-planta-atmosfera, considerando a variação espacial de cada componente e realizando predições das interações dinâmicas e dos fluxos de energia e água. A hidrologia do solo é descrita pela equação de Richards e adota o modelo de Broadbridge-White para simplificar a solução desta equação usando a solução numérica baseada nas diferenças finitas. O SASHI permite extrair automaticamente os limites das bacias a partir das curvas de nível e da rede de drenagem e, em seguida, calcular alguns índices morfométricos dessas bacias. Além disso, o SASHI pode calcular o índice topográfico a partir do qual a condição inicial de umidade do solo pode ser estimada. Este sistema foi testado numa sub-bacia do rio Corumbataí, localizada no Estado de São Paulo. Foram discutidos aspectos relativos à discretização da bacia e à inicialização do modelo hidrológico. Duas simulações hidrológicas foram testadas para o ano hidrológico 94/95: uma supondo cobertura florestal com índice de área foliar de 1 m2/m2, e outra com índice de área foliar de 4 m2/m2. Ambas simulações utilizaram os mesmos dados de solo e de clima. Os resultados da discretização mostraram que os elementos irregulares puderam representar satisfatoriamente a variabilidade da declividade e orientação da bacia estudada. A simulação mostrou a necessidade de definir-se um fluxo de água ascendente, abaixo do perfil de solo, para manutenção do processo de evapotranspiração mesmo em épocas mais secas.
Hydrological models are useful tools to understand the hydrological behavior of watersheds. These models should represent most of hydrological processes to be able to produce realistic results. However, models are only an aproximation of the truth and they require good initialization of state variables and a large amount of data to properly represent the processes. This works aims at presenting a hydrological analysis and simulation system, denominated SASHI (the acronym derives from the Portuguese ?Sistema de Análise de Simulação Hidrológica?). This computer system uses a contourbased method to subdivide a basin into irregular elements (polygons). These elements will be the basic spatial unit for the hydrological model. The implemented hydrological model was designed to enable the simulation of the soil-vegetation-atmosphere system behavior considering the spatial variation of each component and predicting the dynamic interactions as well as energy and water fluxes. The soil hydrology is described by the Richards equation and adopts the roadbridge-White model to simplify the solution of this equation using a finite difference as numerical solution technique. SASHI allows to automatically extract basin boundaries from the contour lines and the drainage, and to calculate some morphometric indices from these basins. It also calculates the topographic index which can be used by the hydrological model to estimate the initial condition of the soil humidity. SASHI was tested in a sub-basin of Corumbataí river in São Paulo State, Brazil. A discussion about the discretization method and the initialization of the hydrological model was presented. Two hydrological simulations were tested for the period August 1994 - July 1995: one considering a 1 m2/m2 LAI forest and the other a 4 m2/m2 LAI forest, using the same soil and climate data. The results of the discretization showed that the irregular elements could satisfactorily represent the variability of slope and aspect of the basin. The simulation pointed out the necessity of defining an upward water flux, below soil profile, in order to maintain the evapotranspiration process during dry seasons. Os modelos hidrológicos são ferramentas úteis para o entendimento do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas. Estes modelos deveriam representar grande parte dos processos hidrológicos a fim de produzir resultados realistas. Entretanto, os modelos são apenas uma aproximação da realidade e requerem uma boa inicialização das variáveis de estado e uma grande quantidade de dados para representar apropriadamente os processos. Este trabalho tem como objetivo apresentar o ?Sistema de Análise de Simulação Hidrológica - SASHI?, que utiliza o modelo numérico do terreno representado por curvas de nível, para discretizar uma bacia hidrográfica em elementos irregulares (polígonos). Esses elementos constituem a unidade espacial básica do modelo hidrológico distribuído. O SASHI foi desenvolvido de modo a permitir a simulação do comportamento do sistema solo-planta-atmosfera, considerando a variação espacial de cada componente e realizando predições das interações dinâmicas e dos fluxos de energia e água. A hidrologia do solo é descrita pela equação de Richards e adota o modelo de Broadbridge-White para simplificar a solução desta equação usando a solução numérica baseada nas diferenças finitas. O SASHI permite extrair automaticamente os limites das bacias a partir das curvas de nível e da rede de drenagem e, em seguida, calcular alguns índices morfométricos dessas bacias. Além disso, o SASHI pode calcular o índice topográfico a partir do qual a condição inicial de umidade do solo pode ser estimada. Este sistema foi testado numa sub-bacia do rio Corumbataí, localizada no Estado de São Paulo. Foram discutidos aspectos relativos à discretização da bacia e à inicialização do modelo hidrológico. Duas simulações hidrológicas foram testadas para o ano hidrológico 94/95: uma supondo cobertura florestal com índice de área foliar de 1 m2/m2, e outra com índice de área foliar de 4 m2/m2. Ambas simulações utilizaram os mesmos dados de solo e de clima. Os resultados da discretização mostraram que os elementos irregulares puderam representar satisfatoriamente a variabilidade da declividade e orientação da bacia estudada. A simulação mostrou a necessidade de definir-se um fluxo de água ascendente, abaixo do perfil de solo, para manutenção do processo de evapotranspiração mesmo em épocas mais secas.
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Editor(s) Edison Eyji sano; Dalton de Morisson Valeriano; João Vianei Soares; Gilberto Câmara Neto; Luiz Antônio Martinelli
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