Modelagem hidrológica

Segundo Righetto (1998 apud SULEIMAN, 2006, p.11) o processo hidrológico que gera inundação pode ser descrito de forma simplificada da seguinte maneira:

o excesso de água de chuva que não é infiltrado no solo acumula-se inicialmente nas pequenas depressões do terreno para, em seguida, formar uma lâmina d’água e, consequentemente, o escoamento de superfície ou deflúvio superficial. De acordo com Righetto (1998 apud SULEIMAN, 2006), a quantificação de vazões de cheia é de fundamental importância para o estudo do processo de inundação. Quanto ao processo de modelagem matemática Suleiman (2006, p.12) menciona em seu estudo que:

o processo de transformação de chuva em vazão tem sido simplificado teoricamente por meio de modelos matemáticos, que têm como finalidade representar o processo de maneira relativamente simples, fornecendo resultados compatíveis como os observados através de medições de precipitação e de vazões.

Pontes (2011) menciona que os modelos hidrológicos representam um sistema por meio de uma linguagem de fácil acesso, gerando diferentes respostas para cada conjunto de variáveis hidrológicas entradas no modelo. Dentre todos os processos que podem ser representados matematicamente por um modelo hidrológico, destacam-se a interceptação, a infiltração, a evaporação e o escoamento superficial e subterrâneo.

Os modelos hidrológicos são considerados modelos de armazenamento, pois não englobam a equação da quantidade de movimento, desprezando durante o processo de propagação e atenuação da onda de cheia os efeitos de pressão, inércia, atrito e gravidade (TUCCI, 2009).

Dentre as vantagens de utilização dos modelos hidrológicos, Pontes (2011) elenca a facilidade de implementação, o reduzido tempo

de simulação e o baixo custo operacional. Machado (2002) complementa mencionando a capacidade de previsão de condições diferentes das observadas e também de situações futuras, bem como a capacidade de reproduzir o passado, como outras vantagens do uso desses modelos.

Por outro lado, as limitações básicas dos modelos hidrológicos estão diretamente relacionadas com a quantidade e qualidade dos dados, estando estas associadas à dificuldade de modelar matematicamente alguns processos hidrológicos e a simplificação da espacialização das variáveis e dos fenômenos envolvidos (TUCCI, 1998 e SOUZA, 2012).

Suleiman (2006) menciona a inexistência de uma relação direta com o grau de impermeabilização das áreas em estudo, como outra limitação apresentada pelos modelos hidrológicos, exigindo que o modelador obtenha extensas séries históricas de dados a fim de suprir a necessidade de representação do processo de urbanização.

Complementando, Machado (2002) cita que a necessidade de validação dos modelos e simuladores pode ser considerada uma desvantagem do processo de modelagem, pois esta demanda amplo conhecimento do sistema a ser modelado, além de uma gama de dados levantados em campo com qualidade para a calibração e validação do modelo.

Dentre os trabalhos encontrados na literatura sobre a modelagem hidrológica como instrumento para mapear áreas suscetíveis a alagamentos, enchentes e inundações (ver Quadro 2), são destacados os que seguem.

Bagstevold (2015) desenvolveu um modelo hidrológico da bacia hidrográfica do Córrego Ilabekken, em Trondheim, Noruega, com o objetivo de avaliar como as mudanças climáticas da região impactam sobre o risco de ocorrência de erosão e inundação. Para modelar o processo hidrológico da bacia o autor fez uso do software HEC-HMS, sendo este calibrado com dados de observação do Lago Kobberdammen. O estudo ainda foi complementado pela modelagem hidráulica de fluxo do canal, utilizando para tal o software HEC-RAS. Através das simulações foi possível verificar que o aumento da temperatura devido às mudanças climáticas, durante a temporada de inverno, afetou o padrão de inundação do Córrego Ilabekken. No entanto, foi verificado o retardamento do escoamento superficial devido à existência de três grandes lagos na bacia, amortecendo a vazão. Quanto ao estudo de erosão o autor verificou que o transporte de sedimentos pode levar a sedimentação da parte inferior do canal, devido à redução da velocidade de escoamento e as áreas serem mais rasas. O autor conclui que o

modelo hidrológico pode ser usado como uma ferramenta de gestão e planejamento, avaliando futuros riscos de inundações e erosão. No entanto, o modelo apresentou algumas limitações, fornecendo apenas uma impressão física da bacia ou invés da representação exata do sistema.

Joo et al. (2014) comparam a performance dos softwares HEC- HMS e ReFH (Revitalized Flood Hydrograph) na modelagem hidrológica de inundação nas bacias hidrográficas de Bukil e Jeungpyeong, Coréia. Segundo os autores o modelo ReFH é um modelo conceitual de chuva-vazão adequado para bacias rurais, devido considerar a umidade do solo, sendo amplamente difundido no Reino Unido para estimativa de eventos de inundação. Para as simulações, os autores selecionaram 14 eventos de inundação, todos ocorridos durante o período de 2004 a 2009, sendo 8 eventos pertencentes à bacia do Rio Bukil e 6 eventos pertencentes a Bacia do Rio Jeungpyeong. Os modelos foram calibrados e validados com sucesso, sendo para o ReFH executada a calibração simultânea de todos os eventos de inundação, e, para o HEC-HMS, executada a calibração individual de cada evento. Os autores concluem que os dois modelos são indicados para a simulação de inundações, no entanto o modelo ReFH apresentou limitações em relação à simulação de picos de vazão em rios de grande porte. Outra conclusão dá-se pela representação gráfica dos resultados, em que o modelo ReFH apresenta hidrogramas mais precisos que o modelo HEC- HMS, fornecendo simulações aceitáveis na maior parte das vezes.

Monteiro e Kobiyama (2014) propuseram em seu estudo uma metodologia para mapear as áreas que apresentam perigo de inundação na bacia hidrográfica do Braço do Baú, Ilhota-SC. Os objetivos propostos pelos autores foram a proposição de uma metodologia que utilize dados de disponibilidade nacional e a validação desta em um estudo de caso. Para atingir tais objetivos os autores utilizaram os softwares HEC-HMS e FLO-2D, modelando respectivamente os processos hidrológicos e hidráulicos da bacia escolhida. A calibração e validação dos modelos foram realizadas utilizando os dados de uma bacia vizinha (bacia hidrográfica Luiz Alves), visto somente esta possuir um histórico de vazões observadas. Como resultados os autores notaram uma pequena variação da área inundada e uma elevada variação no volume de inundação, o que se justifica, segundo os autores, pela alta declividade da bacia, criando uma forma encaixada para a área de inundação. Quanto ao mapeamento de perigo os autores classificaram a área em quatro níveis diferentes, sendo alto, médio, pequeno e inexistente, ficando poucas residências localizadas nas áreas com nível

de perigo médio e alto, devido à bacia ser rural. No geral, a metodologia proposta pelos autores demonstrou eficácia no mapeamento de áreas com perigo de inundação.