Desempenho dos Modelos Chuva-Vazão Topmodel e Dynamic Topmodel em trecho da bacia hidrográfica do Rio Preto, Minas Gerais
DOI:
https://doi.org/10.5281/zenodo.17966666Palavras-chave:
TopModel, Dynamic TopModel, Bacia do rio PretoResumo
Os modelos hidrológicos desempenham um papel fundamental na gestão dos recursos hídricos, permitindo a avaliação dos impactos das mudanças climáticas e das atividades humanas sobre o ciclo hidrológico. Nesse contexto, este estudo comparou o desempenho dos modelos TopModel (TM) e Dynamic TopModel (DTM) na simulação da relação chuva-vazão na bacia do Rio Preto/MG, no trecho sul da Serra do Espinhaço Meridional. Dados diários de chuva, evapotranspiração potencial e vazão entre 2000 e 2018 foram utilizados para a avaliação do desempenho dos modelos. O modelo TM demonstrou melhor desempenho na etapa de calibração, com índices de eficiência (NSE) aceitáveis em todas as simulações (NSE médio de 0,52) e coeficiente de determinação (R²) de 0,53. O DTM, apesar de considerado uma versão mais avançada do TM, apresentou desempenho inferior em todas as simulações, com NSE médio de 0,08 e R² de 0,15. Na etapa de validação, o modelo TM manteve um desempenho razoável, com NSE de 0,45 e R² de 0,46, enquanto o DTM continuou a mostrar um desempenho insatisfatório, com NSE de 0,13 e R² de 0,18. Nesse contexto, o modelo TM revelou-se mais adequado para a simulação da vazão na região estudada.
Referências
Ambroise, B.; Beven, K.; Freer, J. (1996). Toward a generalization of the TOPMODEL concepts: Topographic indices of hydrological similarity. Water Resources Research, 32(7), p. 2135-2145.
Beato, D. (2012). Estudo do relevo e dos solos da bacia do Rio Preto-Espinhaço Meridional-MG. Dissertação de doutorado. Universidade de São Paulo/USP.
Beven, K. J.; Kirkby, M. J. (1979). A physically based variable contribution area model of basin hydrology. Hydrological Science. Bulletin 24(1), p.43-69.
Beven, K. J.; Wood, E. F. (1983). Catchment geomorphology and the dynamics of runoff contributing areas. Journal of Hydrology, 65, p. 139-158. Amsterdam.
Beven, K. J.; Kirkby, M. J.; Schofield, N.; Tagg, A. F. (1984). Testing a physically-based flood forecasting model (TOPMODEL) for three UK catchments. Journal of Hydrology, 69(1-4), p. 119-143.
Beven K. J.; Lamb R.; Quinn P.; Romanowicz R.; Freer J. (1995). TOPMODEL. In: Sing VP (Ed), Computer Models of Watershed Hydrology. Water Resources Publications, pp. 627-668. Colorado.
Beven, K. J. (1997). Distributed hydrological modelling: aplications of the TOPMODEL concept. John Wiley&Sons. Chischester, UK.
Beven K. J.; Freer J. (2001). A dynamic TOPMODEL. Hydrological Processes 15, p. 1993-2011.
Center, U. E. D. (2016). SRTM Documentations. United States Geological Survey.
Blasone, R. S.; Madsen, H.; Rosbjerg, D. (2008). Uncertainty assessment of integrated distributed hydrological models using GLUE with Markov chain Monte Carlo sampling. Journal of Hydrology, 353(1-2), p. 18-32.
Brandão, L. D. O. D. A. (2024). Utilização do modelo SWAT para análise de respostas hidrológicas em diferentes cenários na Bacia Hidrográfica do Rio Paraguaçu-Bahia. Tese de Doutorado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Campling, P.; Gobin, A.; Beven, K. J.; Feyen, J. (2002). Rainfall-runoff modelling of a humid tropical catchment: The TOPMODEL approach. Hydrological Processes, 16, p. 231-253. Chichester.
Campos, M. D. L. C. (2023). Aperfeiçoamento e aplicação de modelo hidrológico chuva-vazão para simulação sub-diária de eventos de cheias. Tese de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco.
Coelho, G. B. (2006). Análise e simulação do processo de transformação de chuva em vazão com suporte de Sistema de Informações Geográficas (SIG). Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco.
Conox, G.; Freer, J.; Lane, R.; Musuuza, J.; Woods, R.; Wagener, T.; Howden, N. (2017). An evaluation of Dynamic TOPMODEL in natural and human-impacted catchments for low flow simulation. In EGU General Assembly Conference Abstracts, 19, p. 9261.
Conox, G.; Freer, J.; Lane, R.; Dunne, T.; Knoben, W. J.; Howden, N. J.; Woods, R. (2019). DECIPHER v1: Dynamic fluxEs and ConnectIvity for Predictions of HydRology. Geoscientific Model Development, 12(6).
Corrêa, B. A. C.; Fonseca, D. N. (2010). Lineamentos de drenagem e de relevo como subsídio para a caracterização morfoestrutural e reativações neotectônicas da área da Bacia do Rio Preto, Serra do Espinhaço Meridional–MG. Revista de Geografia (Recife), 27(1. Esp), p. 72-86.
Coron, L.; Perrin, C.; Delaigue, O.; Thirel, G.; Michel, C. (2018). airGR: Suite of GR Hydrological Models for Precipitation-Runoff Modelling. R package version 1.0.10.11.
Datin, R. (1998). Outils opérationnels pour la prévision des crues rapides: traitements des incertitudes et intégration des la variabilité spatiale de la pluie. Développements de TOPMODEL pour le prise en compte de la variabilité spatiale de la pluie. PhD thesis, INP Grenoble.
Dawdy, D. R.; O'donnell, T. (1965). Mathematical models of catchment behavior. Journal of the Hydraulics Division, 91(4), p. 123-137.
England, J.; Velleux, M.; Julien, P. (2007). Two-dimensional simulations of extreme floods on a large watershed. Journal of Hydrology, 347(1), p. 229-241.
Ferguson, C.; Fenner, R. (2020). Evaluating the effectiveness of catchment-scale approaches in mitigating urban surface water flooding. Philosophical Transactions of the Royal Society A, 378(2168), p. 20190203.
Freer, J. E.; McMillan, H.; McDonnell, J. J.; Beven, K. J. (2004). Constraining dynamic TOPMODEL responses for imprecise water table information using fuzzy rule based performance measures. Journal of Hydrology, 291(3-4), p. 254-277.
Gottschalk, L.; Motovilov, Y. (2000). Macro–scale hydrological modelling–a scandinavian experience. In International Symposium on: ‘Can science and society save the water crisis in the 21st century–Reports from the World, p. 38-45.
Graham, D. N.; Butts, M. B. (2006). Flexible, integrated watershedmodelling with MIKE-SHE. In: Singh, V.P., Frevert, D.K. (Eds.), Watershed Models, p. 245–272.
Grayson, R.; Bloschl, G. (2000). Spatial Modelling of Catchment Dynamics. In: R. Grayson; G. Blöschl (Eds.); Spatial patterns in catchment hydrology: observations and modelling. 1st ed., p.51–81. Cambridge University Press. Cambridge.
Hao, G.; Li, J.; Song, L.; Li, H.; Li, Z. (2018).Comparison between the TOPMODEL and the Xin’anjiang model and their application to rainfall runoff simulation in semi-humid regions. Environmental Earth Sciences, 77(7), p. 279.
Hornberger, G. M.; Raffensperger, J. P.; Wiberg, P. L. (1998). Elements of Physical Hydrology. Baltimore: The Johns Hopkins University Press, 302 p.
IEF - Instituto Estadual de Florestas. (2020). Parque Estadual do Rio Preto.
Kirkby, M. J. (1975). Deterministic continuous slope models. School of Geography, University of Leeds.
Kirkby M. J. (1975). Hydrograph modelling strategies. In Peel, R., Chisholm, Michael, Haggett, Peter, & University of Bristol. Department of Geography. (Eds.). Processes in physical and human geography: Bristol essays. p. 69-90. Heinemann Educational. London.
Liu, Y.; Freer, J.; Beven, K.; Matgen, P. (2009). Towards a limits of acceptability approach to the calibration of hydrological models: Extending observation error. Journal of Hydrology, 367(1-2), p. 93-103.
Metcalfe, P.; Beven, K.; Freer, J. (2015). Dynamic TOPMODEL: A new implementation in R and its sensitivity to time and space steps. Environmental Modelling & Software, 72, p. 155-172.
Nash, J. E.; Sutcliffe, J. V. (1970). River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of hydrology, 10(3), p. 282-290.
Nesru, M. (2023). A review of model selection for hydrological studies. Arabian Journal of Geosciences, 16(2), p. 102.
Niu, G. Y.; Yang, Z. L.; Dickinson, R. E.; Gulden, L. E. (2005). A simple TOPMODEL‐based runoff parameterization (SIMTOP) for use in global climate models. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 110(D21).
Pan, F.; King, A. W. (2012). Downscaling 1-km topographic index distributions to a finer resolution for the TOPMODEL-based GCM hydrological modeling. Journal of Hydrologic Engineering, 17(2), p. 243-251.
Pereira, A. R.; Villa Nova, N. A.; Sedyiama, G. C. (1997). Evapotranspiração. p. 183. FEALQ, Piracicaba.
Pereira, A. R.; Angelocci, L. R.; Ssentelhas, P. C. (2002). Agrometeorologia: Fundamentos e aplicações práticas. Agropecuária, p. 478. Guaíba.
Pereira, D. D. R.; Martinez, M. A.; Almeida, A. Q. D.; Pruski, F. F.; Silva, D. D. D.; Zonta, J. H. (2014). Hydrological simulation using SWAT model in headwater basin in Southeast Brazil. Engenharia Agrícola, 34(4), p. 789-799.
Pereira, D. R.; Uliana, E. M.; Martinez, M. A.; Silva, D. D. (2016). Desempenho de um modelo hidrológico concentrado e de um semidistribuído na predição de vazões diárias. Irriga, 21(2), p. 409-409.
Peters, N. E.; Freer, J.; Beven, K. (2003). Modelling hydrologic responses in a small forested catchment (Panola Mountain, Georgia, USA): a comparison of the original and a new dynamic TOPMODEL. Hydrological Processes, 17(2), p. 345-362.
Pinheiro, V. B.; Naghettini, M. (2010). Calibração de um modelo chuva-vazão em bacias sem monitoramento fluviométrico a partir de curvas de permanência sintéticas. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 15(2), p. 143-156.
Priestley, C. H. B.; Taylor, R. J (1972). On the assessment of surface heat flux and evaporation using large-scale parameters. Monthly weather review, 100(2), p. 81-92.
Quinn, P. F. B. J.; Beven, K.; Chevalier, P.; Planchon, O. (1991). The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modelling using digital terrain models. Hydrological processes, 5(1), p. 59-79.
Salviano, M. F. (2019). Modelagem hidrológica da bacia do rio Muriaé com TOPMODEL, telemetria e sensoriamento remoto. Dissertação de doutorado.
Santos I. (2001). Modelagem geobiohidrológica como ferramenta no planejamento ambiental: estudo da bacia hidrográfica do Rio Pequeno, São José dos Pinhais – PR. Dissertação de mestrado. Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná.
Silva, J. M. A. D. (2002). Modelo hidrológico para o cálculo do balanço hídrico e obtenção do hidrograma de escoamento superficial em bacias hidrográficas: desenvolvimento e aplicação. Tese de doutorado. 142p. Universidade Federal de Viçosa-UFV. Viçosa-MG.
Silva, R. D.; Kobiyama, M. (2007). Estudo comparativo de três formulações do TOPMODEL na bacia do Rio Pequeno, São José dos Pinhais, PR. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre, 12(2), p. 93-105.
Silva, T. E.; da Silva, S. M.; Guiguer, N. (2018). Aplicação do software MIKE SHE na modelagem numérica integrada do fluxo de água subterrânea e superficial nas minas N3, N4 E N5. Águas Subterrâneas.
Siqueira. J. D. P. (2004). Plano de Manejo do Parque Estadual do Rio Preto. Relatório Final Vol 1. Curitiba.
Souza, E. R.; Fernandes, M. R. (2000). Sub-bacias hidrográficas: unidades básicas para o planejamento e a gestão sustentáveis das atividades rurais. Inf. Agropec, 207, p. 15- 20. , Belo Horizonte.
Team, R. (2010). R: a language and environment for statistical computing. R Development Core Team.
Teixeira, L. E. (2023). Comportamento das séries hidrológicas e mudanças no uso e cobertura do solo na bacia hidrográfica do rio de Contas, Bahia. 2023. 89 f. Dissertação de mestrado. Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão.
Tucci, C. E. M. (1998). Modelos hidrológicos. Porto Alegre: Editora Universidade Federal do Rio Grande do Sul/UFRGS/Associação Brasileira de Recursos Hídricos. 669 p.
Tucci, C. E. M. (2005). Modelos hidrológicos. Porto Alegre: Editora da UFRGS.
Valeo, C.; Moin, S. M. A. (2000). Variabel source area modelling in urbanizing watersheds. Journal of Hydrology, 228, p. 68-81. Amsterdam.
Varella, R. F.; Campana, N. A. (2000). Simulação matemática do processo de transformação de chuva em vazão: estudo do modelo TOPMODEL. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 5(4), p. 121-139. Porto Alegre.
Velleux, M.; England, J.; Julien P. (2008). TREX: Spatially Distributed Model to Assess Watershed Contaminant Transport and Fate. Science of the Total Environment, 404(1), p. 113-128.
Vestenaa, L. R.; Weberb, J. F.; Stehlib, P. T.; Joquerab, E. (2013). Uso dos modelos hidrológicos TOPMODEL e TREX para simulação do processo chuva-vazão da bacia do rio Caeté, região serrana do estado de Santa Catarina, Brasil. Mecánica Computacional. 32, p. 2837-2854.
Vieira, J. P.; de Souza, M. J.; Teixeira, J. M.; Carvalho, F. P. D. (2010). Estudo da precipitação mensal durante a estação chuvosa em Diamantina, Minas Gerais. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, 14(7), p. 762-767.
Walter, M. T.; Steenhuis, T. S.; Mehta, V. K.; Thongs, D.; Zion, M.; Schneiderman, E. (2002). Refined conceptualization of TOPMODEL for shallow subsurface flows. Hydrological Processes, 16 (10), p. 2041-2046.
Xiang, X.; Ao, T.; Li, X. (2023). Application of a fractional instantaneous unit hydrograph in the topmodel: A case study in chengcun basin, China. Applied Sciences, 13(4), p. 2245.
Xue, L.; Yang, F.; Yang, C.; Wei, G.; Li, W.; He, X. (2018). Hydrological simulation and uncertainty analysis using the improved TOPMODEL in the arid Manas River basin, China. Scientific reports, 8(1), p. 1-12.
Yang, D.; Herath, S.; Musiake, K. (2000). Comparison of different distributed hydrological models for characterization of catchment spatial variability. Hydrological Processes, 14(3), p. 403-416.
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