Conceptual modeling of hydrological processes based on budyko's hypothesis

A metodologia de Budyko tem sido utilizada como fundamento teórico de muitos estudos, os quais tinham como propósito entender as características climáticas da bacia e sua relação com o equilibro do balanço hídrico de longo prazo. Com o intuito de empregar esses conceitos em escalas temporais menores, Zhangt et al. (2008) desenvolveram um modelo conceitual do tipo chuva-vazão para modelar a geração de escoamento superficial e subterrâneo, assim como a recarga e evapotranspiração. Esta dissertação analisou e avaliou o desempenho do modelo baseado nas hipóteses de Budyko nas escalas mensal e diária, em duas regiões, uma no Distrito Federal e entorno, e a outra no Estado do Ceará. Para isto, foram feitas comparações com o modelo conceitual SMAP. Na escala mensal, os modelos obtiveram desempenho semelhante, com diferença média, em termos do coeficiente de Nash-Sutcliff (NS), de 0,06 (SMAP melhor) para a região do DF e entorno, e de 0,01 (Budyko melhor) para o estado do Ceará. Na escala diária, o modelo SMAP foi claramente superior. Para avaliar a estratégia de modelagem da geração do escoamento superficial baseada nas hipóteses de Budyko, criou-se um modelo híbrido, igual ao modelo SMAP, com exceção do escoamento superficial, que seguiu a estratégia do modelo de Budyko. Com base num teste formal de hipóteses, verificou-se que a utilização da modelagem de Budyko para a geração do escoamento superficial é tão ou mais eficiente do que a metodologia do Soil Conservation Center (SCS), empregada pelo modelo SMAP. _____________________________________________________________________________ ABSTRACTBudyko developed an elegant theory, based upon mass and energy conservation principles, which is now known as Budyko's hypotehtsis or Budyko model. Such parsimonious model allows estimation of long-term mean annual flow in unguaged basins based only on precipitation and potential évapotranspiration. Unfortunately, the model does not represent nature very well in smaller temporal scales. Zhangt et al. (200S) have recently developed a model that employs Budyko’s hypothesis to modeling runoff generation, évapotranspiration and recharge to be used in monthly and daily time scales. The present study aims at evaluating the performance of such a model in two different regions of Brazil, the biome cerrado. located in Distrito Federal, and in the semiarid region of the state of Ceara. The performance of the model was compared with that obtained by the SMAP model, very well known and largely used in Brazil. Moreover, the SMAP code was changed so that the runoff generation processes, based on Budyko's Hypothesis, could have been evaluated explicitly. Monthly results showed that modelos models has simialr performance in both regions, although SMAP have had better performance metrics in most of streamgauges. Nevertheless, from the practical point of view, the model based on Budyko's hypothesis performed satisfactorily. On daily time scale, the 5 (five)-parameter hydrologie model was outperformed by the 6 (six)-parameter SMAP model, indicating that the model needs some changes in order have reasonable performance. Finally, results for the state of Ceara showed that the runoff generation modeling, based on Budyko's hypothesis, performed equally well or even better than the wordly known and largely used method of the Soil Conservation Service