CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO SWAT PARA A

UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL
CALIBRAÇÃO E VALIDAÇÃO DO MODELO
SWAT PARA A PREDIÇÃO DE VAZÕES
NA BACIA DO RIBEIRÃO PIPIRIPAU
LEANDRO DE ALMEIDA SALLES
ORIENTADOR: PROF. DR. HENRIQUE MARINHO LEITE CHAVES
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
BRASÍLIA-DF, FEVEREIRO/2012.
OBJETIVO GERAL
• Calibrar e validar o modelo SWAT com dados hidrológicos e
fisiográficos locais da bacia do ribeirão Pipiripau, visando sua
aplicação na predição das vazões e do balanço hídrico da
bacia.
MODELO HIDROLÓGICO SWAT
• Soil and Water Assesment Tool - SWAT
• Modelo CHUVA-VAZÃO
• Desenvolvido pelo Agricultural Research Service
(ARS/USDA) dos Estados Unidos
MODELO HIDROLÓGICO SWAT
• Simula os fenômenos físicos do ciclo hidrológico
associados ao uso do solo
• Independente do tipo de estudo, o funcionamento
do SWAT será sempre função do balanço hídrico
Luzio et al. (2002)
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
d) Dados meteorológicos
Dados da estação meteorológica convencional de
Brasília (código 83377)
• Temperatura máxima e mínima
• Velocidade do vento
• Umidade relativa.
DADOS DE ENTRADA NO MODELO
a) Modelo Digital de Terreno (MDT)
b) Mapa de uso do solo
c) Mapa Pedológico
d) Dados meteorológicos
e) Dados fluviométricos
Luzio et al. (2002)
Simulação do Modelo SWAT
•Foi estabelecido para calibração/análise de sensibilidade o
período entre 01/01/1989 e 31/12/1998
•Foi estabelecido o período entre 01/01/1999 a 31/12/2008
para ser feita a validação
Li et al. (2010)
Classificação dos resultados da simulação de acordo
com Moriasi et al. (2007)
Classificação
RSR
Ens
COEA
PBIAS (%)
Muito bom
0 ≤ RSR ≤ 0,50
0,75 < Ens ≤ 1
0,75 < COEA ≤ 1
PBIAS < ± 10
Bom
0,50 ≤ RSR ≤
0,60
0,65 < Ens ≤ 0,75
0,65 < COEA≤ 0,75
±10 ≤ PBIAS ≤ ±15
Satisfatório
0,60 ≤ RSR ≤
0,70
0,50 < Ens ≤ 0,60
0,50 < COEA ≤ 0,60
±15 ≤ PBIAS ≤ ±25
Insatisfatório
RSR ≥ 0,50
Ens ≤ 0,50
COEA ≤ 0,50
PBIAS ≥ ±25
Simulação do Modelo SWAT
1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
1) Simulação antes da calibração
do modelo
•Avaliação visual
30
Vazão (m³/s)
25
20
Qcal
15
Qobs
10
5
0
1
20
39
58
Tempo (meses)
77
96
115
1) Simulação antes da calibração
do modelo
•Avaliação da Qualidade da simulação indica ser
necessário a calibração do modelo
Simulação/
Estatística
Antes da calibração
Resultado
Classificação*
Ens
-9,05
Não satisfatório
COEA
-13,37
Não satisfatório
PBIAS (%)
-115,40
Não satisfatório
3,17
Não satisfatório
RSR
*Moriasi et al. (2007)
Simulação do Modelo SWAT
1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
2) Análise de sensibilidade
• 27 Parâmetros
• 1.400 Simulações
• 5% de alteração em cada ponto amostrado
Um parâmetro por vez
C
C n2
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S K
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R E Bf
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Sm mp
f
Sm mn
Sm fm
x
tm
p
Ti
m
Tl p
ap
s
Ranking
2) Análise de sensibilidade
•Ranking de importância para simulção da vazão da bacia
do ribeirão do Pipiripau
Nos três critérios adotados para avaliar a sensibilidade.
30
25
20
15
SSQ
SSQR
Qsim
10
5
0
Parâmetro
Simulação do Modelo SWAT
1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Calibração do modelo
•Vazão média mensal
•Pluviograma da
precipitação mensal
(1989 a 1998)
Calibração do modelo
(1989 a 1998)
•Curva de Permanência
30
Vazão (m³/s)
25
20
Qobs
15
Qcal
10
Primeira Simulação
5
0
0.83
25.00
49.17
Permanência (%)
73.33
97.50
Calibração do modelo
(1989 a 1998)
12
10
y = 0.733x + 0.9391
2
R = 0.6819
Qcal (m³/s)
8
Reta 1:1
6
Reta de
tendência
4
2
0
0
2
4
6
Qobs (m³/s)
8
10
12
Simulação do Modelo SWAT
1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Validação do modelo
•Vazão média mensal
•Pluviograma da
precipitação mensal
(1999 a 2008)
Validação do modelo
(1999 a 2008)
•Curva de Permanência
Vazão (m³/s)
9
6
Qobs
Qcal
3
0
0.00
25.00
50.00
Permanência (%)
75.00
100.00
Validação do modelo
(1999 a 2008)
10
y = 0.8775x + 0.7224
R2 = 0.8825
Qcal (m³/s)
8
6
Reta 1:1
Reta de
tendência
4
2
0
0
2
4
6
Qobs (m³/s)
8
10
Validação do modelo
(1999 a 2008)
•Estatística de verificação
Simulação/
Estatística
Antes da
calibração
Após calibração
Ens
-9,05 NS
0,67 Bom
0,79 Muito bom
-13,37 NS
0,52 Satisfatório
0,65 Bom
-115,40 NS
-6,70 Muito bom
COEA
PBIAS (%)
RSR
3,17 NS
0,58 Bom
Validação
-21,49 Satisfatório
0,46 Muito bom
*Moriasi et al. (2007)
Simulação do Modelo SWAT
1) Simulação antes da calibração do modelo
2) Análise de sensibilidade
3) Calibração do modelo
4) Validação do modelo
5) Análise dos resíduos
Análise dos resíduos
•Resíduo normalizado em relação a vazão observada
do respectivo mês.
Período de Calibração (1999-2008)
Período de Validação (1999-2008)
1
1
Resíduo local
Resíduo local
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
-1
-2
-3
0
2
4
6
Qobs (m³/s)
8
10
12
0
1
2
3
4
5
Qobs (m³/s)
6
7
8
9
CONCLUSÕES
• Os resultados indicam que o modelo SWAT
simulou, de forma satisfatória, as vazões mensais
do ribeirão Pipiripau
– Após um período de calibração.
– Os 4 indicadores da qualidade da simulação
resultados variando de satisfatório a muito bom.
CONCLUSÕES
• Maiores resíduos foram observados nas vazões de
base  função objetivo utilizada
• O modelo tendeu a superestimar as vazões.
MUITO OBRIGADO!!!!