Inferência de parâmetros hidráulicos efetivos de rios a partir da relação entre celeridade e vazão e imagens de sensoriamento remoto

Abstract

Cheias são hoje os processos naturais que mais impactam pessoas no mundo todo, causando mortes e prejuízos estimados em US$104 bilhões por ano. Os seus efeitos são cada vez mais importantes na medida em que a sociedade se desenvolve e se instala em locais passíveis de inundação. Para combater os danos das cheias os sistemas de previsão e de infraestrutura tem aumentado sua complexidade, criando assim demanda para metodologias relativamente complexas de modelagem hidrológica-hidrodinâmica que dependem por sua vez da caracterização adequada das bacias hidrográficas e dos rios. Em muitos casos a aquisição de características da calha dos rios é obtida através de relações geomorfológicas, que para vários casos não apresenta resultados satisfatórios. O presente estudo propõe uma técnica de obtenção de características da seção transversal de rios a partir da análise da relação entre a vazão (Q) e a celeridade (c) de ondas de cheia observadas em trechos de rios, apoiada pela estimativa de largura a partir de imagens de sensoriamento remoto. Esta se baseou na divisão da área superficial do rio pelo comprimento do mesmo. Para o desenvolvimento do primeiro produto (seção transversal) propõe-se a utilização do modelo inercial de propagação de vazões associado ao algoritmo de otimização SCE-UA para replicar as celeridades observadas alterando apenas os parâmetros da calha dos rios. Foram feitos estudos de caso para os rios Piquiri e Iguaçu, no estado do Paraná, Cuiabá no Mato Grosso, Miranda no Mato Grosso do Sul e Piracicaba em São Paulo. Nestes existem dados telemétricos de vazão que permitem extrair a curva cxQ empiricamente. Os resultados gerados mostraram que não apenas foi possível replicar o comportamento da curva cxQ característica nos locais onde ocorre inundação mas também retirar informações de profundidade, largura e coeficiente de manning muito próximos aos observados. Ainda, a largura obtida foi muito próxima àquela resultante da metodologia proposta para sua aproximação via sensoriamento remoto. Estes resultados só não foram observados para o trecho do rio Iguaçu, onde a relação cxQ não apresentou o comportamento de áreas alagadas, ou seja, a diminuição da celeridade a partir de uma vazão de extravasamento. Desta maneira este trabalho demonstrou que é possível a obtenção de um conjunto de parâmetros efetivos da calha de rios a partir apenas de dados de vazão para regiões alagáveis, além de apresentar uma metodologia simples e eficaz para obtenção da largura em qualquer rio.

Flooding is the natural processe that impact most people in the world today, causing deaths and losses estimated at $ 104 billion a year. Its effects are increasingly important as the society develops and settles in flood-prone places. To combat flood damage, forecasting and infrastructure systems has increased its complexity, thus creating demand for relatively complex hydrological-hydrodynamic modeling methodologies which in turn depend on the proper characterization of river basins. In many cases, the acquisition of characteristics of river channels is obtained through geomorphological relations but for several cases it does not present satisfactory results. The present study proposes a technique to obtain characteristics of the cross section of rivers from the analysis of the relation between flow (Q) and the wave speed (c) observed in stretches of rivers, supported by the estimation of width from remote sensing images. For the development of the first product (cross-section) it is proposed the use of the inertial flow propagation model associated with the SCE-UA genetic algorithm to replicate observed velocities by changing only the river channel parameters. Case studies were carried out for the Piquiri and Iguaçu rivers in the state of Paraná, Cuiabá in Mato Grosso, Miranda in Mato Grosso do Sul and Piracicaba in São Paulo. In these, there were flow telemetry data that allowed to extract the cxQ curve. The results showed that not only was it possible to replicate the behavior of the characteristic cxQ curve in the places where flooding occurs, but also to extract information of depth, width and manning very close to those observed. Also, the width obtained was very close to the one obtained by the methodological proposal for its approach through remote sensing. This is based on the division of the surface area of the river by its length. These results were not observed for the stretch of the Iguaçu River, where the relation cxQ is not does not behave as in flooded areas, that is, there isn't a decrease of celerity from an extravasation flow. In this way, this work demonstrated that it would be possible to obtain a set of effective parameters of the river channel from flow data for floodable regions. In addition it presents a simple and effective methodology to obtain the width in any river.