IPH

No Brasil, diversos pesquisadores desenvolveram modelos hidrológicos aplicáveis a nossa realidade, ou seja, a carência de dados hidrológicos e de clima tropical.

Os modelos desenvolvidos no Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, para a transformação da precipitação em vazão em uma bacia hidrográfica, receberam uma numeração de acordo com cada versão, os quais são aplicáveis a diferentes situações. Desse modo, têm-se os modelos IPH II, IPH III, IPH IV e IPHMEN.

O modelo IPH II tem o objetivo de ser aplicado a estudos de planejamento urbano, enfocando os problemas decorrentes do efeito da urbanização na resposta da rede de drenagem. Esse modelo também objetiva servir de ferramenta para estudos gerais no planejamento de recursos hídricos de uma bacia hidrográfica (Júnior e Tucci, 1983).

O referido modelo é utilizado para bacias hidrográficas que não necessitem de propagação no leito do rio ou que esse efeito não seja importante no processo, pois a propagação, levada em conta no modelo, refere-se somente ao escoamento na superfície da bacia hidrográfica.

Júnior e Tucci (1983) descreveram o modelo IPH II, o qual é composto de vários algoritmos, que procuram simular os principais processos hidrológicos em etapas bem definidas. Esses algoritmos são:

• Perdas por evapotranspiração e interceptação;

• Separação dos escoamentos;

• Propagação do escoamento superficial; e

• Propagação subterrânea.

A bacia hidrográfica pode ser dividida em sub-bacias, onde em cada sub-bacia hidrográfica a precipitação é considerada de distribuição homogênea, onde em cada intervalo de tempo, é calculada a chuva efetiva, admitindo-se a evapotranspiração potencial, a interceptação e a infiltração.

Da precipitação que atinge a superfície, uma parcela é perdida por evapotranspiração e outra parte é retida pela interceptação. O total interceptado é representado por um reservatório denominado Rmax. A precipitação restante é a entrada para o algoritmo de separação do escoamento, o qual é fundamentado pelo algoritmo desenvolvido por Berthelot, ou seja, a equação de continuidade em combinação com a equação de Horton e uma função empírica para a percolação. Quando a precipitação não é suficiente para atender à evapotranspiração potencial, essa será parcialmente satisfeita pelo reservatório de perdas na interceptação (cobertura vegetal e depressões) e o restante da evapotranspiração potencial pode ser retirada do solo, de acordo com o seu estado de umidade. A retirada da água do solo é obtida por uma relação linear entre a percentagem da evapotranspiração potencial e a umidade do solo.

A parcela da precipitação resultante pode gerar escoamento superficial ou infiltrar-se no solo, sendo que a existência de áreas impermeáveis proporciona escoamento superficial sem a ocorrência de infiltração. No modelo, é utilizada uma grandeza denominada AINP que caracteriza o percentual de áreas impermeáveis da bacia hidrográfica. Essa, permite definir a área da bacia hidrográfica em que a chuva é transformada completamente em escoamento superficial, o qual é supostamente transferido para o curso d’água.

O volume de escoamento superficial, determinado no algoritmo, anteriormente descrito, é propagado ao longo da sub-bacia hidrográfica pelo método de Clark. Esse método utiliza a teoria do histograma tempo-área para representar o efeito da translação do escoamento e o modelo do Reservatório Linear Simples para o representar o efeito do amortecimento.

O volume percolado para o aqüífero é propagado para o curso d’água por meio do modelo Reservatório Linear Simples.

Tucci (1998) informou que se deve atentar que o modelo IPH II representa um macroprocesso, onde a área envolvida é de vários quilômetros quadrados e os erros envolvidos, tanto na distribuição espacial como na representação dos processos, podem mascarar o resultado final dos parâmetros envolvidos.

As versões IPH III e IPH IV foram descritas por Tucci (1998) e baseiam-se na discretização da bacia hidrográfica em sub-bacias e em trechos de canais. Essas versões utilizam a estrutura do modelo IPH II para simular cada sub-bacia hidrográfica e para trechos de rio, com as seguintes opções:

• Versão IPH III – adota o modelo da onda cinemática ou Muskingun-Cunge para o canal e o modelo de Pulz para o reservatório;

• Versão IPH IV – utiliza o modelo hidrodinâmico para simular o escoamento nos trechos de rios e reservatórios.

Em virtude da sua estrutura, o modelo IPH III permite a simulação de um sistema fluvial onde, no canal, não existam efeitos devido à maré ou a lagos, que possam provocar remansos ou efeitos de fluxo. Por outro lado, o modelo IPH IV adota um modelo hidrodinâmico, que discretiza as equações de Saint Vénant, utilizando um esquema implícito de diferenças finitas para simular o escoamento no rio e nos reservatórios. Assim, em comparação às versões anteriores, o IPH IV é um modelo que incorpora uma quantidade maior de processos hidrológicos existentes, porém, requer maior quantidade de variáveis e parâmetros de entrada.

A integração entre as estruturas dos modelos IPH III e IPH IV é realizada por meio da equação da continuidade (Tucci, 1998). As sub-bacias hidrográficas são definidas em função das suas características médias mais homogêneas, da distribuição da precipitação e da necessidade de resultados ou avaliações da sub-bacia ou trecho do rio. A contribuição lateral (vazão da sub-bacia hidrográfica) pode ser distribuída ao longo do canal principal do trecho considerado ou concentrada em qualquer ponto do mesmo.

Para simular o processo precipitação-vazão com intervalo de tempo mensal, foi desenvolvido o IPHMEN, proposto com o objetivo de obter resultados rápidos do comportamento chuva-vazão de uma bacia hidrográfica e a extensão da série, com base na precipitação (Tucci, 1998).

Na distribuição dos volumes, o modelo IPHMEN utiliza a equação da continuidade para estabelecer o balanço dos volumes da camada superior do solo, ou seja, o armazenamento na camada superior do mesmo, levando-se em conta a infiltração, a percolação e a evaporação.

Tucci (1998) afirmou que o intervalo mensal distorce a definição dos parâmetros da equação de infiltração, já que esse processo ocorre em minutos ou, no máximo, em horas. No modelo IPHMEN os parâmetros dificilmente guardam relação específica com os experimentos de Horton, mas permitem estabelecer um balanço dos macroprocessos no tempo.