Evaluation of methods for the regionalization of flow permanence curves in the Iguaçu river basin - Paraná
| Autor: | Silva, Ana Claudia Guedes |
|---|---|
| Přispěvatelé: | Gomes, Benedito Martins, Machado, Ronalton Evandro, Mello, Eloy Lemos de, Frigo, Jiam Pires, Pansera, Wagner Alessandro |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: | |
| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do UNIOESTE Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE) instacron:UNIOESTE |
| Popis: | Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2022-11-09T12:22:03Z No. of bitstreams: 2 Ana_Silva.2022.pdf: 5065902 bytes, checksum: 24aba4b896547a003e97cf1ac240bb42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Made available in DSpace on 2022-11-09T12:22:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Ana_Silva.2022.pdf: 5065902 bytes, checksum: 24aba4b896547a003e97cf1ac240bb42 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2022-08-16 Due to physical or economic factors, the absence or insufficiency of long and reliable fluviometric data series is one of the main challenges faced in hydrological studies. In order to overcome this problem, the present work aimed at applying the regionalization method of flow permanence curves for the part of the Iguaçu River basin located in the State of Paraná. In this context, the study region was divided into hydrologically homogeneous regions (RHH), defined by the methods of hierarchical clustering of Ward and fuzzy Fuzzy C-Means, and regional models of permanence flow curves were formulated. The Euclidean distance was used as a similarity measure, as well as the explanatory flow variables (the drainage area (A - km²), the length (L - km) and the river gradient (H - m), and the average basin slope (D - %)) as input data. The permanence curves were constructed for each river gauge station distributed in their respective regions and calibrated against six mathematical models (linear, power, exponential, logarithmic, quadratic, and cubic); linear and multiple regression were then applied. The correlation matrix showed that A and L, A and H, and H and L had a positive linear relationship. In the Ward method, the formation of HRH was spatially associated with the geomorphology of the watershed. On the other hand, the Fuzzy C-Means formed more clusters than Ward, verifying sharpness in the formation of the groups by the spatialization and proximity of the stations along the basin. However, in both methods, there was the presence of clusters composed of few fluviometric stations (below 4 units) and with correlated variables (correlation above 0.85), and the regional equations were not applied to them. Regarding the mathematical models for adjustment, the logarithmic method stood out in Ward and Fuzzy C-Means, with an average coefficient of multiple determination (R²) above 85%. In the regional models, only one equation showed R² and adjusted coefficient of determination (R²_a) above 60% in the Ward grouping and two in Fuzzy C-Means, but all with high Mean Square Error (MSE), outliers, and non-randomly distributed residuals. Finally, no model proved efficient in the validation for both methods tested, with an underestimation in the predicted values. A ausência ou a insuficiência de dados fluviométricos de séries longas e confiáveis, devido a fatores físicos e/ou econômicos, é um dos principais desafios enfrentados em estudos hidrológicos. Com o intuito de contornar esse problema, o presente trabalho teve como objetivo aplicação do método de regionalização de curvas de permanência de vazões para a parte da bacia hidrográfica do rio Iguaçu localizada no Estado do Paraná. Nesse contexto, dividiu-se a região de estudo em regiões hidrologicamente homogêneas (RHH), definidas pelos métodos de agrupamento hierárquico de Ward e difuso Fuzzy C-Means, e, para cada um, formularam-se modelos regionais de curvas de permanência de vazões. A distância euclidiana foi utilizada como medida de similaridade, bem como as variáveis explicativas da vazão (a área de drenagem (A – km²), o comprimento (L – km) e o desnível do rio (H – m) e declividade média da bacia (D – %)) como dados de entrada. As curvas de permanência foram construídas para cada uma das estações fluviométricas distribuídas em suas respectivas regiões e calibradas em função de seis modelos matemáticos (linear, potência, exponencial, logarítmico, quadrático e cúbico); posteriormente, foi aplicada regressão linear e múltipla. Por meio da matriz de correlação, conheceu que A e L; A e H; e H e L possuíram uma relação linear positiva entre elas. No método Ward, a formação de RHH ficou associada espacialmente com a geomorfologia da bacia hidrográfica. Já o Fuzzy C-Means, formou mais agrupamentos que Ward, verificando nitidez na formação dos grupos pela espacialização e proximidade das estações ao longo da bacia. Entretanto, em ambos os métodos, houve a presença de agrupamentos compostos por poucas estações fluviométricas (abaixo de 4 unidades) e com variáveis correlacionadas (correlação acima de 0,85), não se aplicando nelas as equações regionais. Já em relação aos modelos matemáticos para ajuste, o método logarítmico destacou em Ward e Fuzzy C-Means, com coeficiente de determinação múltipla (R²) médio acima de 85%. Já nos modelos regionais, apenas uma equação apresentou R² e coeficiente de determinação ajustado (R²_a) acima de 60% no agrupamento Ward e duas em Fuzzy C-Means, mas todas com elevado Erro Quadrático Médio (MSE), outliers e resíduos não distribuídos aleatoriamente. Por fim, nenhum modelo mostrou-se eficiente na validação para ambos os métodos testados, havendo uma subestimação nos valores preditos. |
| Databáze: | OpenAIRE |
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