Calibração de um modelo hidrodinâmico em um canal urbano utilizando algoritmos genéticos multiobjetivos

Abstract

RESUMOEste trabalho tem por objetivo efetuar a calibração de um modelo hidrodinâmico para canais abertos utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivos a partir de medições de nível da água. O método foi aplicado em um canal urbano com revestimento lateral de Gabião e com macrorrugosidades de fundo. Por ser um modelo hidráulico com poucos parâmetros, empregou-se apenas um evento para calibração dos parâmetros do coeficiente de rugosidade de Manning, referentes aos trechos apenas com revestimentos com Gabião e com macrorrugosidade de concreto. Outros três eventos foram usados para validação. Para tanto, foram empregadas duas funções objetivo na calibração pelo uso do algoritmo de otimização NSGA-II, o coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe e o erro da cota de pico. O NSGA-II apresentou excelentes resultados, obtendo-se coeficientes de Nash-Sutcliffe superiores a 0,96, e erros da cota máxima inferiores a 0,40 cm, tanto para calibração quanto para validação, em todos os eventos. Os valores médios encontrados para os coeficientes de rugosidade de Manning foram de 0,0905 para o trecho com macrorrugosidade de fundo de concreto e de 0,0277 para o trecho com Gabião. Palavras-chave: Otimização multiobjetivo; Equações de Saint-Venant; Escoamento não permanente; NSGA-II; curvachave. ABSTRACTThis paper aims to perform calibration of a hydrodynamic model for open channels using evolutionary algorithms multiobjectives from water level measurements. The method was applied in an urban channel with gabion coating with bottom macro-roughness. An event was used to calibrate parameters and three events for validation. Two objective functions were used in the optimization, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and the error of the peak quota. The NSGA-II optimization algorithm presented excellent results, obtaining Nash-Sutcliffe coefficients higher than 0.96, and errors of maximum dimension less than 0.40 cm for both calibration and validation of every event. The value of the roughness was found to be 0.0905 for the path with obstacles and 0.0277 for the part with gabion. Keywords: Multi-objective optimization; Saint-Venant equations; Unsteady flow; NSGA-II; Rating curve. -INTRODUÇÃOAs informações de vazões são essenciais na análise hidrológica sendo fundamentais em estudos de dimensionamento de estruturas, planejamento e gerenciamento de recursos hídricos, sistemas de alerta em tempo real, dentro outros. Uma grande parte destes estudos hidrológicos requer o emprego de modelos chuva-vazão, nos quais as vazões são também as principais variáveis. No entanto, a precisão da informação do escoamento e da precipitação são fundamentais para redução das incertezas da modelagem, pois os erros provenientes dos dados afetam a confiabilidade dos resultados obtidos. Deste modo, modelos conceitualmente mais precisos, necessitam de informações mais confiáveis.No entanto, os dados de vazões confiáveis nos cursos d'água é a variável usual da Hidrologia mais difícil a ser obtida, pois é um procedimento muitas vezes demorado, perigoso e...