Flood risk analysis using Fuzzy hydrodynamic models

Many of the hydrodynamic problems involving wave propagation along the extension in natural channels are solved through the Saint-Venant equation. In most applications In practice, kinematic and diffuse wave models are applied to rivers to study the propagation of a flood wave in natural channels. These models are derivations of the Wave Model. Dynamics, from simplifications of the Saint-Venant Equations, where some terms are despised. This research aims to apply the Fuzzy Theory in hydrodynamic models wave propagation in natural channels in order to verify the uncertainties and risks in relation to the hydrodynamic parameters present in these models. The introduction of logic fuzzy in the hydrodynamic model, to calculate the membership functions linked to the variables provides an appropriate and promptly effective procedure for the analysis of the risk fields present in the flood wave propagation process. Differential Equations relevant to the models were solved through the Finite Differences being the explicit approximation scheme applied to the dynamic and kinematic wave models, while the implicit approximation scheme was applied to the wave model diffuse. Some specific simulations were also performed for behavior analysis. flood risk and guarantee, depending on the hydraulic and hydrological characteristics of the thus assessing how certain changes in the roughness coefficient, or channel slope, for example, may affect the behavior of the risk function. The results show that the behavior of the dynamic, diffusive and dynamic wave propagation kinematics, as well as the behavior of risk and guarantee functions, are influenced by the hydraulic parameters of the channel. According to the results presented, it was concluded that The application of the Fuzzy Theory in hydrodynamic systems in the evaluation of uncertainties is a viable alternative to determine the risk of flooding and thus be one more support tool in Water Resource Management programs.Muitos dos problemas hidrodinâmicos que envolvem a propagação de ondas ao longo da extensão em canais naturais são resolvidos através da equação de Saint-Venant. Na maioria das aplicações práticas, os modelos da onda cinemática e difusa são aplicados em rios para estudar a propagação de uma onda de cheia em canais naturais. Esses modelos são derivações do Modelo da Onda Dinâmica, a partir de simplificações das Equações de Saint-Venant, onde alguns termos são desprezados. Esta pesquisa tem como objetivo aplicar a Teoria Fuzzy nos modelos hidrodinâmicos da propagação da onda em canais naturais, a fim de verificar as incertezas e os riscos em relação aos parâmetros hidrodinâmicos presentes nesses modelos. A introdução da lógica fuzzy no modelo hidrodinâmico, para calcular as funções de pertinência vinculadas às variáveis de controle, proporciona um procedimento adequado e prontamente eficaz para a análise dos campos de risco presentes no processo de propagação de onda de cheia. As equações diferenciais parciais, pertinentes aos modelos foram resolvidas através do Método das Diferenças Finitas, sendo o esquema de aproximação explícito aplicado para aos modelos de onda dinâmica e cinemática, enquanto que o esquema de aproximação implícito foi aplicado para ao modelo de onda difusa. Foram realizadas ainda algumas simulações específicas para a análise do comportamento do risco de cheias, e da garantia, em função das características hidráulicas e hidrológicas do canal, avaliando, assim, de que maneira determinadas alterações no coeficiente de rugosidade, ou na declividade do canal, por exemplo, podem afetar o comportamento da função de risco. Os resultados mostram que o comportamento da propagação das ondas dinâmica, difusiva e cinemática, bem como o comportamento das funções de risco e garantia, são influenciados pelos parâmetros hidráulicos do canal. De acordo com os resultados apresentados, concluiu-se que a aplicação da Teoria Fuzzy, em sistemas hidrodinâmicos, na avaliação de incertezas é uma alternativa viável para determinação do risco de ocorrência de cheias e assim ser mais uma ferramenta de apoio em programas de Gestão de Recursos Hídricos