Aplicação do CE-QUAL-W2 para a modelagem da estrutura térmica do Reservatório do Descoberto DF/ GO

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2019.O Reservatório do Descoberto, situado entre o estado de Goiás e o Distrito Federal, é o principal abastecedor de água para consumo humano do DF e tem sofrido diversos impactos advindos do rápido crescimento populacional e alteração no uso do solo em suas bacias afluentes. Nesse contexto, para auxiliar na avaliação dos impactos causados, modelos matemáticos se mostram como uma importante ferramenta. No presente trabalho buscou-se calibrar o módulo hidrodinâmico do simulador CE-QUAL-W2 para o Descoberto ao ajustar as séries de temperatura simuladas às observadas no período de 2013 a 2016. Para isso, foi elaborada uma rotina computacional para a amostragem automática dos parâmetros acoplada ao algoritmo genético de otimização SCE-UA, e para análise de sensibilidade. A revisão do banco de dados conduzida nesse estudo exibiu evidências de um possível não entendimento de trabalhos anteriores às aplicações das condições de contorno do simulador. Foi adicionada a estrutura da barragem do reservatório do Descoberto à malha de simulação e alcançou-se satisfatória simulação do balanço hídrico do lago (NSE = 0,9). A rotina automática mostrou-se eficiente, alcançando o número de 7128 amostras e um razoável ajuste da temperatura do modelo às séries observadas (NSE = 0,59). A simulação calibrada exibiu o padrão monomítico, demonstrando maiores valores para o Índice de Schmidt durante o período chuvoso e quente (Outubro a Abril), e valores próximos a zero durante o período seco e frio (Maio a Setembro). Ainda, foi possível observar curtos períodos de quebra da estabilidade térmica da coluna d’água durante os meses quentes. O aumento da intensidade eólica e o aumento das vazões afluentes durante o período de estratificação foram apontados como possíveis causadores desse fenômeno. Por fim, a análise de sensibilidade corroborou com o Manual do CE-QUAL-W2 e com trabalhos anteriores, no qual o parâmetro WSC – Coeficiente de Abrigo do Vento mostrou-se mais sensível às saídas de temperatura do modelo. O parâmetro que rege as trocas de calor de fundo (CBHE) também se mostrou significativamente sensível.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).The Descoberto Reservoir, located between the state of Goiás and Brazil’s Federal District, is the main water supply for human consumption of the region. However, it has suffered impacts from the rapid population growth and changes in land use in its tributary basins. In this context, in order to understand the processes in the reservoir and the impacts of these changes, mathematical models prove to be an important tool. The present work aimed to calibrate the hydrodynamic module of the CE-QUAL-W2 simulator for the Descoberto Reservoir by adjusting the simulated temperature series to the observed ones in the 2013 – 2016 period. A computational routine was elaborated coupled to the SCE-UA genetic optimization algorithm for the automatic sampling of the parameters, and for sensitivity analysis. The database and bibliographic review conducted in this study showed evidence that, on previous research carried out in the reservoirs of the Federal District, a misunderstanding of the application of the simulator boundary conditions may have ocurred. The Descoberto dam structure was added to the simulation grid and the satisfactory simulation of the lake water balance was achieved (NSE = 0.9). The automatic routine was efficient, reaching a number of 7128 samples and a reasonable adjustment of the simulated temperature to the observed series (NSE = 0.59). The calibrated simulation exhibited a monomitic pattern for the reservoir, showing higher Schimidt Index values during the hot-rainy season (October to April), and values close to zero during the cool-dry season (May to September). Yet, it was possible to observe short periods of stability disruption during the warmer months. The intensification of wind speed and the increased inflows during the season was appointed as the causes for this phenomena. The sensitivity analysis corroborated with the CE-QUAL-W2 Manual and previous works, in which the parameter WSC - Wind Shelter Coefficient was more sensitive to the temperature outputs of the model. The parameter that guides the bottom heat exchanges (CBHE) was also significantly sensitive