Redes neurais artificiais aplicadas à simulação de vazão na bacia hidrográfica do rio Itapemirim - ES

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vilanova, Regiane Souza
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Texto Completo: http://repositorio.ufes.br/handle/10/7655
Resumo: For some time man has sought the adequate knowledge of the hydrological processes to obtain the best use of them. Flow simulations are widely used and suggested for the sustainable management of water resources. Artificial neural networks (ANNs) are empirical models widely used to model the rain-flow process. The present study aims to apply and test the feasibility of using ANNs as an option to simulate the flow in the Itapemirim River basin (BHRI), ES. This study evaluated the capacity of the neural network to model the rainfall-flow process on a daily basis using 34 years of rainfall and fluviometric data in 12 sub-basins. Three types of flows were simulated: total daily flow (q), daily outflow (qSup) and daily outflow (qSub). In the network training process, several combinations of input data, including precipitation and potential evapotranspiration data, were tested in three sub-basins: Paineiras (larger area); Rive (intermediate area) and Fortaleza (smaller area). The networks trained in these sub-basins were also tested in the other sub-basins. The results show that the ANNs have higher efficiency in the basins where they were trained. (Pt, Pt-1 , Pt-2, Pt-3, Pt-4 , Pt-5, P 30 ) best simulated the total daily flow rate in all sub- Basins in which it was trained, with USE of 0.861, 0.837 and 0.711 to Paineiras, Rive and Fortaleza Plant, respectively. In order to train the network to Paineiras and then extrapolate to the sub-basins of smaller areas (Lajinha, Iuna, Ibitirama and Usina Fortaleza), the results proved to be unsatisfactory. Due to these unsatisfactory results, tests were performed for sub- With the purpose of verifying that the extrapolation of a smaller sub-basin to a smaller one would present better results. The networks trained for Rive (intermediate area) presented better results when tested in the other sub basins, indicating the probable influence of basin scale in this type of behavior. In relation to the separation of the surface and underground flow, the simulation of the surface run presented better results. Comparing the values obtained with the entrance of the total flow in the network and the separation of the same in surface and underground flow, the values were similar for Paineiras, presenting NSE of 0.861 and 0.902, respectively, indicating that there is no significant improvement when simulating the Flow rates separately. From the tests performed, it can be concluded that it is possible to estimate the daily flow in the BHRI, in a satisfactory way, using RNA.
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In the network training process, several combinations of input data, including precipitation and potential evapotranspiration data, were tested in three sub-basins: Paineiras (larger area); Rive (intermediate area) and Fortaleza (smaller area). The networks trained in these sub-basins were also tested in the other sub-basins. The results show that the ANNs have higher efficiency in the basins where they were trained. (Pt, Pt-1 , Pt-2, Pt-3, Pt-4 , Pt-5, P 30 ) best simulated the total daily flow rate in all sub- Basins in which it was trained, with USE of 0.861, 0.837 and 0.711 to Paineiras, Rive and Fortaleza Plant, respectively. In order to train the network to Paineiras and then extrapolate to the sub-basins of smaller areas (Lajinha, Iuna, Ibitirama and Usina Fortaleza), the results proved to be unsatisfactory. Due to these unsatisfactory results, tests were performed for sub- With the purpose of verifying that the extrapolation of a smaller sub-basin to a smaller one would present better results. The networks trained for Rive (intermediate area) presented better results when tested in the other sub basins, indicating the probable influence of basin scale in this type of behavior. In relation to the separation of the surface and underground flow, the simulation of the surface run presented better results. Comparing the values obtained with the entrance of the total flow in the network and the separation of the same in surface and underground flow, the values were similar for Paineiras, presenting NSE of 0.861 and 0.902, respectively, indicating that there is no significant improvement when simulating the Flow rates separately. From the tests performed, it can be concluded that it is possible to estimate the daily flow in the BHRI, in a satisfactory way, using RNA.Há tempos o homem busca o adequado conhecimento dos processos hidrológicos para retirar deles o melhor aproveitamento. Simulações de vazões são bastante utilizadas e sugeridas para a gestão sustentável dos recursos hídricos. As redes neurais artificiais (RNAs) são modelos empíricos amplamente utilizados para modelar o processo chuva-vazão. O presente estudo tem por objetivo aplicar e testar a viabilidade de utilização de RNAs como uma opção para simular a vazão na bacia hidrográfica do Rio Itapemirim (BHRI), ES. Nesta pesquisa foi avaliada a capacidade da rede neural em modelar o processo chuva-vazão em base diária, usando 34 anos de dados pluviométricos e fluviométricos, em 12 sub-bacias. Três tipos de vazões foram simuladas: vazão diária total (q), vazão diária de escoamento superficial (qSup) e vazão diária referente ao escoamento subterrâneo (qSub). No processo de treinamento das redes foram testadas diversas combinações de dados de entrada, incluindo dados de precipitação e evapotranspiração potencial, em três sub-bacias: Paineiras (maior área); Rive (área intermediária) e Usina Fortaleza (menor área). As redes treinadas nessas sub-bacias foram testadas também nas outras sub-bacias. Os resultados mostram que as RNAs possuem maior eficiência nas bacias onde foram treinadas. O modelo composto pelas precipitações dos 5 dias anteriores e dos 30 dias antecedentes acumulados, (Pt, Pt-1, Pt-2, Pt-3, Pt-4, Pt-5, P30) simulou melhor a vazão diária total em todas as sub-bacias nas quais foi treinado, com NSE de 0,861, 0,837 e 0,711 para Paineiras, Rive e Usina Fortaleza, respectivamente. Ao treinar a rede para Paineiras e depois extrapolar para as sub-bacias de áreas menores (Lajinha, Iuna, Ibitirama e Usina Fortaleza), os resultados se mostraram insatisfatórios, Em virtude desses resultados insatisfatórios foram realizados testes para sub-bacias de áreas menores, com o intuito de verificar se a extrapolação de uma sub-bacia menor para uma menor apresentaria resultados melhores. As redes treinadas para Rive (área intermediária) apresentou resultados melhores quando testadas nas outras sub-bacias, indicando a provável influência da escala das bacias nesse tipo de comportamento. Em relação à separação do escoamento superficial e subterrâneo, a simulação do escoamento superficial apresentou melhores resultados do que o escoamento de base. Comparando-se os valores obtidos com a entrada da vazão total na rede e a separação da mesma em escoamento superficial e subterrâneo, os valores foram semelhantes para Paineiras, apresentando NSE de 0,861 e 0,902, respectivamente, indicando que não há melhoria expressiva ao simular as vazões separadamente. A partir dos testes realizados, pode-se concluir que é possível estimar a vazão diária na BHRI, de forma satisfatória, utilizando RNAs e dados de precipitação como variáveis de entrada.TextVILANOVA, Regiane Souza. Redes neurais artificiais aplicadas à simulação de vazão na bacia hidrográfica do rio Itapemirim - ES. 2017. 68 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) – Universidade Federal do Espírito Santo, Centro de Ciências Agrárias e Engenharias, 2017.http://repositorio.ufes.br/handle/10/7655porUniversidade Federal do Espírito SantoMestrado em Ciências FlorestaisPrograma de Pós-Graduação em Ciências FlorestaisUFESBRCentro de Ciências Agrárias e EngenhariasArtificial neural networkFlow simulationRain-flow processModelingRede neural artificialSimulação de vazãoProcesso chuva-vazãoVazão fluvial (Métodos estatísticos)Redes neurais (Computação)ModelagemRiosRecursos Florestais e Engenharia Florestal630Redes neurais artificiais aplicadas à simulação de vazão na bacia hidrográfica do rio Itapemirim - ESinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALRegianeSouzaVilanova-2017-trabalho.pdfapplication/pdf15701486http://repositorio.ufes.br/bitstreams/3f516fdc-45fd-4573-ae58-b337328294a5/downloadaa0c41041b252d229274cbde74ad2a57MD5110/76552024-06-21 15:46:34.302oai:repositorio.ufes.br:10/7655http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-07-11T14:37:28.659976Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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