Evaluación de parámetros hidrológicos de la cuenca del Río Goiana en el estado de Pernambuco utilizando la herramienta de calibración automática del modelo hidrodinámico PCSWMM en múltiples estaciones fluviométricas
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i2.25331Palabras clave:
Análisis de Sensibilidad; Calibración automática; Modelo PCSWMM; Análisis estadístico de errores.Resumen
El objetivo de este estudio fue realizar un análisis de sensibilidad y calibración automática de los parámetros hidrológicos de la cuenca del río Goiana en el estado de Pernambuco. Se construyó una estructura de modelado hidrológico de la cuenca en el modelo hidrodinámico PCSMMM (Personal Computer Storm Water Management Model) y los análisis se realizaron en 10 subcuencas de la misma. Con base en el modelo desarrollado para la cuenca, los recursos disponibles en el PCSWMM para análisis de sensibilidad y calibración automática, conocidos como SRTC (Calibración de sintonización de radio basada en sensibilidad), fueron inicialmente explorados para evaluar los parámetros más sensibles y luego realizar la calibración de parámetros de la cuenca. Los datos de caudal diario se extrajeron de 5 estaciones fluviométricas presentes en los principales cursos de agua de la cuenca y los datos de precipitación de 10 estaciones pluviométricas. Los resultados de la simulación se analizaron utilizando las siguientes estadísticas: Error Cuadrado Integral (ISE), Eficiencia Nash-Sutcliffe (NSE), Coeficiente de Determinación (), además del análisis cualitativo del hidrograma modelado en relación a las observaciones. Los parámetros con mayor sensibilidad fueron el Número de Curva (CN) y la rugosidad de Manning para las permeables. En tres puntos de control (Engenho Retiro, Caricé y Nazaré) los valores de NSE fueron 0,919, 0,899 y 0,884, respectivamente. Los resultados, en general, indican un desempeño muy satisfactorio de las herramientas de calibración automática y análisis de sensibilidad del modelo, además de ser efectivas en relación a los enfoques tradicionales de calibración de prueba y error.
Citas
Agência estadual de planejamento e pesquisa de pernambuco – condepe/fidem. Bacia hidrográfica do rio goiana e sexto grupo de pequenos rios litorâneos - GL 6. Governo do Estado de Pernambuco Secretaria de Planejamento – SEPLAN, Recife, PE, 2005.
Ahmadisharaf, E., Camacho, R. A., Zhang, H. X., Hantush, M. M., Mohamoud, Y. M. (2019). Calibration and Validation of Watershed Models and Advances in Uncertainty Analysis in TMDL Studies. Journal of Hydrologic Engineering, V. 24 (7) 03119001-1. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001794.
Chi Water. PCSWMM support. Ontario: CHI Water, 2017. <https://support.chiwater.com/>.
Collischonn, W., Dornelles, F. (2015). Hidrologia para engenharia e ciências ambientais. 2º Edição revisada e ampliada, Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH), Porto Alegre, RS.
CPRH – agência estadual de meio ambiente de pernambuco; mma – ministério do meio ambiente. (2011). Diagnóstico Socioambiental - Litoral Norte/Recursos Hídricos Superficiais. Programa Nacional do Meio Ambiente. Recife, PE.
Daggupati, P., Yen, H., White, M. J., Srinivasan, R., Arnold, J. G., Keitzer, C. S., Sowa, S. P. (2015). Impact of model development, calibration and validation decisions on hydrological simulations in West Lake Erie Basin. Hydrological Processes, V. 29, p. 5307-5320. https://doi.org/10.1002/hyp.10536.
Formiga, K. T. M., Carvalho, M.; Silva, K. A., Soares, A. K., Calibração do Storm Water Management Model (SWMM) utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivo. (2016). Engenharia Sanitária e Ambiental, v.21, n.4, p. 697-707. https://doi.org/10.1590/s1413-41522016131862.
Garambois, P. A., Roux, H., Larnier, K., Labat, D., Dartus, D. (2015). Characterization of catchment behaviour and rainfall selection for flash flood hydrological model calibration: catchments of the eastern Pyrenees. Hydrological Sciences Journal, V.60, p. 424-447. http://dx.doi.org/10.1080/02626667.2014.909596.
Ghofrani, Z., Sposito, V., Faggian, R. (2019). Designing a Pond and Evaluating its Impact upon Storm-Water Quality and Flow: A Case Study in Rural Australia. Ecological Chemistry and Engineering S. V. 26(3), p. 475-491. https://doi.org/10.1515/eces-2019-0036.
Gao, J., Miao, C., Duan, Q., Tang, Q., Di, Z.; Liao, W., Wu, J., Zhou, R. (2020). Sensitivity Analysis‐Based Automatic Parameter Calibration of the VIC Model for Streamflow Simulations Over China. Water Resources Research, V.56, p. 1-19. https://doi.org/ 10.1029/2019WR025968.
Gujarati, D. N., Porter, D. C. (2009) Basic Econometrics 5th ed. Published by McGraw-Hill/Irwin, New York, NY.
Jaiswal, R. K., Thomas, T., Galkate, R. V., Glosh, N. C., Lohani, A. K., Kumar, R. (2014). Development of Geomorphology Based Regional Nash Model for Data Scares Central India Region. Water Resources Management, V. 28 (2), p. 351-371. https://doi.org/10.1007/s11269-013-0486-x.
James, W. R. C., Wan, B., James, W. (2002). Implementation in PCSWMM using Genetic Algorithms for auto calibration and design- optimization. Global Solutions for Urban Drainage. Proceedings of the Ninth International Conference on: Urban Drainage; Portland, OR; United States.
James, W. (2005). Rules for Responsible Modeling. Compiled and published by CHI (Computational Hydraulics International). Guelph, Ontario, Canadá. 4º ed.
Javaheri, H. (1998) Automatic Calibration of Urban Run-off Models Using Global Optimization Techniques. Department of Civil Engineering and Applied Mechanic McGill University. Montreal, Canada.
Junior, L. C. G. V., Rodrigues, D. B. B., Oliveira, P. T. S. (2019). Initial abstraction ratio and Curve Number estimation using rainfall and runoff data from a tropical watershed. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, V. 24, p. 1-9. https://doi.org/10.1590/2318-0331.241920170199.
Krebs, G., Kokkonen, T., Valtanen, M., Koivusalo, H., Setala, H. (2013). A high resolution application of a stormwater management model (SWMM) using genetic parameter optimization. Urban Water Journal, V. 10 (6), p. 394-410. http://dx.doi.org/10.1080/1573062X.2012.739631.
Loukcs, D. P., Beek, E. V. (2005). Water Resources Systems Planning and Management and Applications: An Introduction to Methods, Models and Applications. United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization – UNESCO. Paris.
Loukcs, D. P., Beek, E. V. (2017). Water Resources Systems Planning and Management and Applications: An Introduction to Methods, Models and Applications II. United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization – UNESCO. Paris.
Moriasi, D. N., Gitau, M. W., Pai, N., Daggupati, P. (2015). Hydrologic and water quality models: Performance measures and evaluation criteria. Transactions of the ASABE. V. 58 (6), p. 1763-1785. doi: 10.13031/trans.58.10715.
Munir, B. A., Ahmad, S. R., Hafeez, S. (2020). Integrated Hazard Modeling for Simulating Torrential Stream Response to Flash Flood Events. ISPRS International Journal of Geo-Information, V. 9(1):1, p. 2-21. https://doi.org/10.3390/ijgi9010001
Nash, J. E., Sutcliffe, J. V. (1970). River Flow Forecasting Through Conceptual Models, Part I - A Discussion of Principles. Journal of Hydrology, V. 10 (3), p. 282-290. https://doi.org/10.1016/0022-1694(70)90255-6.
Rossman, L. A. (2015). Storm Water Management Model User’s Manual Version 5.0. U. S. Environmental Protection Agency (EPA), CINCINNATI, OH.
Sarma, P. B. S., Delleur, J. W., Rao, A. R. (1973). Comparison of rainfall-runoff models for urban areas. Journal of Hydrology, V. 18 (3-4), p. 329-347. https://doi.org/10.1016/0022-1694(73)90056-5.
Wang, Y., Zhu, S., Yuan, L., Deng, R. (2020). An automatic parameter calibration method for the SWAT model in runoff simulation. River Research and Applications, V.36, p. 1321-1333. https://doi.org/10.1002/rra.3655.
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