Processamento Do Terreno Com O Civil 3d E O Hec-Geo Hms

HEC-GEO HMS

Este capítulo descreve como executar uma análise de drenagem em um modelo

digital do terreno para o desenvolvimento de um modelo HEC-HMS.

Para o pré-processamento e caracterização das bacias hidrográficas foi utilizado

o software autocad civil 3d, e o Hec-Geo-Hms. Posteriormente os dados gerados

foram exportados para o modelo HEC-HMS.

A Geospatial Hidrológico Modeling Extension (HEC-GeoHMS), é uma extensão

do ArcGIS, disponibilizada gratuitamente pelos seus desenvolvedores, o Hydrologic

Engineering Center CEIWR-HEC do U. S. Army Corps of Engineers (USACE), no sítio

C411 0,36 V411 0,64 H411 0,20 C422 0,76 V422 0,85 H422 0,53 C433 1,20 V433 1,20 H433 1,20 C1011 0,23 V1011 0,41 H1011 0,13 C1022 0,48 V1022 0,54 H1022 0,33 C1033 0,76 V1033 0,76 H1033 0,76 C5011 0,10 V5011 0,18 H5011 0,06 C5022 0,22 V5022 0,24 H5022 0,15 C5033 0,34 V5033 0,34 H5033 0,34 Dd CIRCULAR 50km² ^Dd VERTICAL 50km² ^Dd HORIZONTAL 50km² Dd ^VERTICAL 10km² ^Dd HORIZONTAL 10km² ^Dd CIRCULAR 4km² ^Dd VERTICAL 4km² ^Dd HORIZONTAL 4km² ^Dd CIRCULAR 10km²

características das bacias hidrográficas, delimitar sub bacias, rios e ainda exporta

esses dados para o HEC HMS. A relação entre SIG (Sistema de Informações

Geográficas), HEC-GeoHMS, e HEC-HMS está ilustrado na FIG. 4.9.

FIG. 4.9 - Visão geral do SIG e Programas de modelagem Hidrológica Fonte: adaptado de USACE, 2010

Para a delimitação de bacias hidrográficas a partir de um MDE no formato raster

são geradas informações como: a direção de fluxo e o fluxo acumulado. A direção de

fluxo consiste em indicar a partir de uma célula principal para onde o fluxo deverá

seguir, de acordo com a declividade das células vizinhas. Por isso, o fluxo acumulado

indica a quantidade de células uma célula estudada passa a receber.

Neste estudo é utilizado o módulo Hec HeoHMS versão 5.0 no programa ArcGIS

9.3 para o preparo do modelo digital de elevações (MDE) e posterior delimitação das

bacias e sub- bacias hidrográficas.

A metodologia para o preparo do MDE e delimitação segue a ordem, a qual será

discriminada na sequência:

a) Geração do modelo digital de elevação em formato TIN (triangulação) com os

dados de referência: curvas de nível, pontos cotados e linhas dos rios e

córregos;

c) Utilização do módulo ArcHydro para pré-processamento da base em formato

grid, inclusão de sistema hidrológico no grid e delimitação das bacias

hidrográficas no MDE.

1 etapa - Geração do modelo digital de elevação em formato TIN

A geração do MDE no formato TIN no ArcGIS é realizada através da extensão 3D

Analyst. Em seguida, é realizada uma análise crítica do modelo, verificando se os

dados são paradoxos, como, por exemplo, pontos cotados e curvas de nível com

valores contraditórios. A FIG. 4.10 demonstra o MDE em formato TIN com os dados

já corrigidos para a bacia hidrográfica V422.

FIG. 4.10 - Modelo digital de elevações em formato TIN

2 etapa - Conversão do MDE em formato TIN para o formato grid

Essa etapa converte o formato do MDE de TIN para o formato grid, uma vez que

o algoritmo para geração de direção de fluxo só trabalha com MDE neste formato.

Para a geração do MDE em formato grid deve-se fixar o tamanho da célula em um

valor que obedeça a precisão prevista do modelo. Neste estudo, foi fixado o valor de

10 metros para a célula do grid.

3 etapa - Utilização do módulo ArcHydro

O módulo ArcHydro possui um conjunto de ferramentas para análises

hidrológicas, com isso é possível desenvolver um sistema de drenagem para uma

bacia, proporcionando a análise de um modelo digital de terreno em formato grid onde

drenagem (rio). O módulo ArcHydro é utilizado em duas etapas, sendo a primeira o

pré-processamento do terreno, e a segunda a delimitação da bacia hidrográfica.

No pré-processamento é disposto o MDE para a inclusão do sistema de

drenagem. Esse item é subdividido em 11 etapas, devendo as mesmas serem

executadas na sequência.

a) Recondicionamento do MDE

Esse procedimento modifica o MDE, pois nem sempre os canais coincidem com

as depressões, por isso é necessário forçar uma depressão nas áreas de

correspondentes aos cursos d’água, dessa maneira permite que a água seja mantida

no rio.

b) Preenchimento de depressões e picos

Na geração do MDE, mesmo com os dados corrigidos, pode transcorrer erros

de células com elevações pequenas e células com alta elevação em relação as

suas células vizinhas, eventos estes ocasionados pelo algoritmo que calcula o

MDE. Portanto nesta etapa são corrigidos esses tipos de erros com preenchimento

de regiões mais baixas que a sua vizinhança.

c) Direção do fluxo

O cálculo das direções de fluxo utiliza a ferramenta Terrain Processing/ Flow

Direction no menu do Hec GeoHMS. Este processo define o sentido do escoamento

considerando a inclinação mais acentuada para cada célula do terreno. A partir

dessas direções são calculados outras variáveis ou parâmetros de importância

hidrológica, como a área de drenagem a montante de cada célula, delimitação de

sub bacias, definição da rede de drenagem, determinação de comprimentos e

declividades dos cursos d’água, etc.

d) Definição das áreas acumuladas

Essa etapa é executada a partir da área de cada célula definida na direção do

fluxo. O resultado é a soma das áreas de drenagem representado em quantidade

de células.

e) Definição do rio (fluxo)

Esta etapa tem como função reclassificar cada área acumulada do rio com um

código, de maneira que todas as áreas acumuladas tenham a mesma classificação

conforme sua rede de drenagem.

f) Divisão dos rios

Nesta etapa é feita a segmentação da rede de drenagem em trechos

individuais localizados entre duas confluências sucessivas ou entre o início da rede

de drenagem e a próxima junção Todas as células para esse mesmo trecho possui

a mesma classificação. Nesse processo é utilizada a função Terrain Preprocessing

/ Stream Segmentation no menu do Hec GeoHMS.

g) Delimitação da bacia hidrográfica por trecho de rios

A partir da divisão dos rios é delimitado as sub bacias hidrográficas de cada

trecho de rio. Para obter as sub bacias é necessário selecionar a função Terrain

Preprocessing/ Catchment Grid Delineation.

h) Definição dos arquivos em formato vetorial

Esta etapa tem como objetivo converter o formato grid das etapas anteriores

para o formato vetorial. Para obter o mapa das sub bacias, rede de drenagem e sub

bacias acumuladas, é necessário selecionar, respectivamente, as funções

Catchment Polygon Processing / Drainage Line Processing / Adjoint Catchment

Processing no menu Terrain Processing do Hec GeoHMS. A FIG. 4.11 apresenta o

resultado da transformação do arquivo de bacias raster e rede de drenagem raster

em arquivos vetoriais.

FIG. 4.11 – Resultados da geração de arquivos vetoriais em arquivos raster

ferramenta Basin Characteristics, nesse passo são inseridos a área em estudo, os

comprimentos e declividades de cada trecho de rio, as declividades das sub bacias,

as informações sobre o centroide das sub bacias e caminho das águas em cada

sub bacia.

A outra etapa é encarregada por informar as metodologias que serão usadas

no modelo a ser criado. Esse procedimento acelera o processo de modelagem no

HEC-HMS. Podem ser inseridos alguns parâmetros necessários ao processo de

modelagem hidrológica. É possível selecionar o método de perdas, o método de

transformação, o método de escoamento de base e o método de amortecimento da

onda de cheia. Além disso, existe também a possibilidade de inserir na tabela de

atributos das sub bacias, informações sobre o CN, a abstração inicial da chuva,

percentual de impermeabilização da bacia e nome de todos os elementos que

compõem as bacias.

O último procedimento realizado no Hec-Geo HMS é criar um projeto no menu

HMS Create HEC-HMS Project e, em seguida, importar o modelo de bacia e arquivo

de fundo. A ferramenta HMS Project Setup cria um subdiretório e copia todos os

arquivos de projeto HEC-HMS que foram criados por HEC-Geo HMS para este

subdiretório e também cria o arquivo de extensão HMS que contém as informações

do projeto HEC-HMS.

No documento CURSO DE MESTRADO EM ENGENHARIA DE TRANSPORTES (páginas 89-94)