TCC - Engenharia Civil de Infraestrutura

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ILATIT - Centro de Tecnologia e Infraestrutura - Bacharelado em Engenharia Civil

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Navegando TCC - Engenharia Civil de Infraestrutura por Assunto "afluências"

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    Estimativa e análise da incerteza associada à variação do coeficiente de manning na previsão de afluência ao reservatório de Itaipu
    (2025) Lins, Laura Jacques
    Na utilização de modelos matemáticos para o cálculo de afluência é necessário que parâmetros sejam ajustados com as características da área, de modo que incertezas sejam propagadas na estimativa. Sendo assim, torna-se fundamental a análise de parâmetros que não podem ser mensurados, como o coeficiente de Manning. Assim, o objetivo deste estudo é analisar o efeito da oscilação do coeficiente de Manning nas propagações de ondas de cheias, através de um exemplo simplificado, desenvolver uma representação da incerteza na previsão de afluência ao reservatório de Itaipu e avaliar seu desempenho. Para demonstrar esse objetivo, foi realizada uma prova de conceito replicando os fenômenos que foram trabalhados por meio de dois sistemas já implementados: o modelo HEC-RAS, através da rede do rio Paraná calibrada a montante de Itaipu, e o sistema FEWS-Itaipu. Com isso, foi calibrada uma faixa representativa da incerteza e, posteriormente, validados os resultados para diferentes períodos. A faixa calibrada, também, foi implementada na previsão de afluências através de equações lineares, onde foi possível propor uma nova envoltória de previsão, que, em seguida, foi avaliada com métricas de desempenho. A partir disso, a faixa calibrada mostrou maior variabilidade em períodos de cheia, abrangendo melhor o escoamento nestes eventos. A avaliação com as métricas de Brier Score e Brier Skill Score demonstrou que a faixa proposta performou ligeiramente superior ao modelo original. A implementação da faixa utilizando equações lineares apresentou baixa correlação entre o modelo original e as simulações desenvolvidas, devido à complexidade em reescrever o comportamento de modelos hidrodinâmicos de forma linear. As envoltórias propostas mostraram ser mais amplas para os primeiros dias do horizonte de previsão, com relação a envoltória original, e as métricas de Brier Score, Brier Skill Score e Rank Histogram mostraram que os dados observados foram representados com maior frequência nos primeiros dias do horizonte de previsão. Dessa forma, os resultados ressaltam a importância do estudo e análise da incerteza na previsão de afluências, proporcionando uma representação da incerteza na propagação de ondas. Sendo assim, este estudo contribui ao explorar os impactos da variabilidade do coeficiente de Manning e propõe uma metodologia simplificada para incorporar a incerteza na previsão de afluências ao reservatório de Itaipu. Resumen Al utilizar modelos matemáticos para calcular los caudales de entrada, los parámetros deben ajustarse a las características de la zona, de modo que se propaguen incertidumbres en la estimación. Por lo tanto, se hace imprescindible analizar parámetros que no se pueden medir, como el coeficiente de Manning. Así, el objetivo de este estudio es analizar el efecto de la oscilación del coeficiente de Manning en la propagación de ondas de crecida, a través de un ejemplo simplificado, para desarrollar una representación de la incertidumbre en la predicción del afluente al embalse de Itaipú y evaluar su desempeño. Para demostrar este objetivo, se realizó una prueba de concepto replicando los fenómenos que se trabajaron a través de dos sistemas ya implementados: el modelo HEC-RAS, a través de la red del río Paraná calibrada aguas arriba de Itaipú, y el sistema FEWS-Itaipú. Con ello se calibró un rango representativo de incertidumbre y, posteriormente, se validaron los resultados para diferentes periodos. El rango calibrado también fue implementado en el pronóstico de caudales mediante ecuaciones lineales, donde fue posible proponer una nueva envolvente de pronóstico, que luego fue evaluada con métricas de desempeño. A partir de esto, el rango calibrado mostró mayor variabilidad en los períodos de inundaciones, cubriendo mejor el caudal en estos eventos. La evaluación con las métricas Brier Score y Brier Skill Score demostró que el rango propuesto funcionó ligeramente mejor que el modelo original. La implementación del rango mediante ecuaciones lineales presentó baja correlación entre el modelo original y las simulaciones desarrolladas, debido a la complejidad en reescribir el comportamiento de los modelos hidrodinámicos de forma lineal. Se demostró que las envolventes propuestas eran más amplias durante los primeros días del horizonte de pronóstico, en comparación con la envolvente original, y las métricas Brier Score, Brier Skill Score y Rank Histogram mostraron que los datos observados estaban representados con mayor frecuencia en los primeros días del horizonte de pronóstico. Así, los resultados resaltan la importancia de estudiar y analizar la incertidumbre en la predicción de las entradas, proporcionando una representación de la incertidumbre en la propagación de las olas. Por ello, este estudio contribuye a explorar los impactos de la variabilidad del coeficiente de Manning y propone una metodología simplificada para incorporar la incertidumbre en la previsión de afluencias al embalse de Itaipú.