Estudo de metodologias de previsão de vazões diárias e horárias como ferramenta de suporte ao planejamento da operação de usinas hidroelétricas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sepulveda Pires, Beatriz, 1992-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/16954
Resumo: Orientador: Alberto Luiz Francato
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spelling Estudo de metodologias de previsão de vazões diárias e horárias como ferramenta de suporte ao planejamento da operação de usinas hidroelétricasStudy of daily and houly flow forecasting methodologies as a support tool for operation planning of hydroeletric plantsChuvasUsinas hidrelétricasBacias hidrográficasRainfallPower plantsWatershedsOrientador: Alberto Luiz FrancatoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoResumo: O planejamento da operação de usinas hidrelétricas apresenta diferentes fatores que interferem nas tomadas de decisão, afetando diretamente a geração de energia. Com o intuito de atender à geração definida pela garantia física da usina e atingir a geração ótima de recursos energéticos, minimizando desperdícios, o operador necessita conhecer o máximo de informações com qualidade a respeito da bacia hidrográfica em que a usina está inserida e os fatores climatológicos que interferem na disponibilidade do recurso hídrico. A otimização do uso dos recursos hídricos, sem descuidar da segurança das barragens, requer a previsão de chuvas intensas e o comportamento das precipitações na bacia hidrográfica. O conhecimento dos valores de incremento de vazão é fundamental para que o planejador preveja situações de atenção, alerta e emergência em barragens, podendo antecipar as tomadas de decisão e manter a segurança dos operadores e comunidade local. Diante do apresentado, esse trabalho teve como objetivo realizar a aplicação de 4 modelos de conversão de chuva em vazão e um modelo de estimativa de vazão baseado em dados de postos à montante da seção de interesse. Os modelos de conversão de chuva em vazão foram o modelo físico e determinístico Soil Moisture Accounting Procedure, SMAP, o modelo estocástico linear, MEL, o modelo integrado SMAP/MEL e o modelo Soil Conservation Service (SCS). No estudo realizou–se a calibração dos modelos de estimativa diária SMAP e MEL, e avaliou–se a possibilidade de integralização dos modelos para otimização de resultados. Ao trabalhar com ambos os modelos em conjunto o resultado do coeficiente de correlação apresentou similaridade com os modelos independentes. O estudo do modelo vazão–vazão teve como finalidade estimar o pico de vazão instantâneo, sendo assim a partir do dado de vazão da estação de montante foi possível estimar o pico de vazão na usina, com base na estimativa de vazão incremental e do tempo de deslocamento do hidrograma, o modelo apresentou coeficiente de correlação entre as vazões calculada e observada de 0,9. O método SCS foi aplicado para cálculo da chuva excedente e estimativa da vazão instantânea referente à chuva efetiva, aplicou–se o modelo para dois cenários de chuva intensa ocorridos em que o primeiro cenário apresentou um desvio de 15% da vazão calculada para a vazão observada e o segundo cenário apresentou um desvio de 130%, necessitando de aplicação em mais eventos para verificar a assertividade do modelo e associar à correlação com a distribuição espacial da chuva, em seguida aplicou o modelo variando a condição inicial de umidade, obtendo para o cenário 1 o desvio de 26% e para o cenário 2 o desvio de 12%. O estudo mostrou que a utilização dos modelos chuva–vazão SMAP, MEL e o modelo integrado SMAP/MEL apresentaram boa correlação dos dados observados e calculados, com assertividade na tendência dos picos, porém subestimaram os valores dos picos de vazão diários, apesar de reduzir as vazões máximas, os modelos, como ferramenta de previsão de vazões diárias para as usinas hidrelétricas servirão como apoio ao planejamento da operação de maneira a melhorar a estimativa de geração e alocação de manutenções. O modelo vazão–vazão, devido ao curto período de previsão de vazão e boa assertividade dos picos serve como apoio para a equipe em tempo real para prever eventos críticos e apoiar à tomada de decisão, visando à segurança das estruturas e população à jusante. O modelo SCS precisa ser aplicado em mais eventos para assegurar uma aplicabilidade com resultados confiáveisAbstract: The planning of the operation of hydroelectric plants presents different factors that interfere in decision making, directly affecting energy generation. In order to meet the generation defined by the physical guarantee of the plant and achieve the optimal generation of energy resources, minimizing waste, the operator needs to know as much quality information about the hydrographic basin in which the plant is inserted and the climatological factors that interfere with the availability of the water resource. The optimization of the use of water resources, without neglecting the safety of dams, requires the prediction of intense rainfall and the behavior of precipitation in the river basin. The knowledge of the flow increment values is fundamental for the planner to predict situations of attention, alert and emergency in dams, being able to anticipate the decision making and maintain the safety of the operators and the local community. In view of the above, this work aimed to apply 4 rainfall–runoff conversion models and a flow estimation model based on data from stations upstream of the section of interest. The rainfall–runoff conversion models were the physical and deterministic model Soil Moisture Accounting Procedure, SMAP, the linear stochastic model, MEL, the integrated model SMAP/MEL and the Soil Conservation Service (SCS) model. The study performed the calibration of the daily estimation models SMAP and MEL, and evaluated the possibility of integrating the models to optimize results. When working with both models together, the result of the correlation coefficient showed similarity with the independent models. The study of the flow–flow model aimed to estimate the instantaneous peak flow, so from the flow data of the upstream station it was possible to estimate the peak flow in the Plant, based on the estimate of incremental flow and the time of displacement of the hydrograph, the model presented a correlation coefficient between the calculated and observed flows of 0,9. The SCS method was applied to calculate the surplus rainfall and estimate the instantaneous flow in relation to the actual rainfall. The model was applied to two scenarios of heavy rainfall, in which the first scenario showed a deviation of 15% from the calculated flow to the observed flow and the second scenario showed a deviation of 130%, The model was then applied varying the initial humidity condition, obtaining a deviation of 26% for scenario 1 and 12% for scenario 2. The study showed that the use of the rainfall–runoff models SMAP, MEL and the integrated model SMAP/MEL presented good correlation of observed and calculated data, with assertiveness in the trend of the peaks, but underestimated the values of the daily flow peaks, despite reducing the maximum flows, the models, as a tool for predicting daily flows for hydroelectric plants, will serve as support for operation planning in order to improve the estimation of generation and allocation of maintenance. The flow–flow model, due to the short period of flow forecasting and good assertiveness of the peaks will serve as support for the team in real time to predict critical events and support decision making, aiming at the safety of structures and population downstream. The SCS model will need to be applied to more events to ensure applicability with reliable resultsAbertoMestradoRecursos Hídricos, Energéticos e AmbientaisMestra em Engenharia Civil[s.n.]Francato, Alberto Luiz, 1969-Garcia, Patrícia DalsoglioHidalgo, Ieda GeribertoUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e UrbanismoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSepulveda Pires, Beatriz, 1992-20232023-12-04T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (113 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/16954SEPULVEDA PIRES, Beatriz. Estudo de metodologias de previsão de vazões diárias e horárias como ferramenta de suporte ao planejamento da operação de usinas hidroelétricas. 2023. 1 recurso online (113 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/16954. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1379397Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2024-04-25T15:46:44Zoai::1379397Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2024-04-25T15:46:44Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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