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A hidrologia é o ramo da ciência que, segundo Chow (1964), estuda a ocorrência, circulação e distribuição da água na Terra, suas propriedades físicas e químicas e sua relação com o meio ambiente. A circulação de água na Terra é o que denominamos de ciclo hidrológico, que para Davie (2008) trata-se de modelo conceitual de como a água se movimenta entre a superfície e a atmosfera em seus estados líquido, sólido e gasoso. Este movimento é regido por fenômenos hidrológicos, os quais são analisados como processos hidrológicos quando postos em função do tempo, do espaço ou de ambos (NAGHETTINI, 2017).
Os processos hidrológicos são, em suma, estocásticos, visto que a aleatoriedade os governa (NAGHETTINI, 2017). São exemplos de processos hidrológicos estocásticos a precipitação, a evapotranspiração e o escoamento, os quais podem ser descritos por variáveis hidrológicas, como a precipitação total anual, a evapotranspiração diária e a vazão média mensal, respectivamente. A quantificação de variáveis hidrológicas por meio de observações ou medições sistemáticas produz uma série histórica, isto é, uma amostra limitada de suas ocorrências; é por meio de amostras que os hidrólogos buscam inferir sobre o comportamento populacional de uma ou mais variáveis hidrológicas. Séries históricas – ou séries hidrológicas – são, portanto, empregadas para inúmeras finalidades, tais como gestão de recursos hídricos e de conflitos pelo uso d’água, manejo da agricultura e irrigação, estudo e mitigação de desastres naturais, projetos de obras hidráulicas, aproveitamentos hidrelétricos, simulações de mudanças climáticas e de uso do solo em bacias hidrográficas, dentre outros.
Frente ao exposto, torna-se evidente que o manuseio de séries hidrológicas é, para o hidrólogo, tarefa cotidiana. Ocorre que esta tarefa, quando executada de forma manual, mesmo que para simples análises hidrológicas, despende tempo, é bastante laboriosa e está sujeita a erros (VARGAS et al., 2019). Além disso, análises mais robustas, com técnicas do estado-da-arte, são muitas vezes inviabilizadas pela ausência de softwares específicos, limitações de aplicação das planilhas eletrônicas, e do próprio hidrólogo, no que tange ao conhecimento de linguagens de programação para elaboração de rotinas computacionais. Neste sentido, ambientes computacionais desenvolvidos especialmente para manuseio e análise de séries hidrológicas têm extrema relevância.
Atualmente, existem alguns softwares que visam facilitar a elaboração e a análise de séries hidrológicas e permitir a realização de atividades laboriosas e repetitivas, dentre os quais destacam-se o HIDRO - Sistema de Informações Hidrológicas (Agência Nacional das Águas, ANA) (ANA; SIH, 2002), o SisCAH - Sistema Computacional para Análise Hidrológica (UFV, 2008), o ALEA - Análise de Frequência Local de Eventos Anuais (UFMG, 2012), o SEAF - Sistema Especialista para Análise Local de Frequência (CÂNDIDO, 2013), e o Hydrognomon (KOZANIS et al., 2010). Estes softwares contemplam algumas demandas da comunidade técnica de hidrologia, porém, apresentam certas limitações, tais como: i) possibilidade de trabalhar com ano hidrológico; ii) utilização de banco de dados de diferentes fontes; iii) variáveis hidrológicas disponíveis para análise; iv) definição de escala temporal; e v) disponibilidade de funções densidade de probabilidades multiparâmetros, testes de aderência robustos e análises regionais baseadas na técnica dos Momentos-L.
Visando suprir essas limitações, e tendo como fator motivacional as experiências adquiridas com diversos projetos de pesquisa e suas especificidades, o Grupo de Pesquisa em Hidrologia e Modelagem Hidrológica em Bacias Hidrográficas da Universidade Federal de Pelotas/CNPq, idealizou e desenvolveu o software “System of Hydrological Data Acquisition and Analysis” (SYHDA), registrado em 2016 junto ao Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI).
O SYHDA tem como principal característica o fato de imprimir agilidade e acurácia a pesquisas científicas e/ou projetos na área de engenharia hidrológica (VARGAS et al., 2019). O desenvolvimento do SYHDA permitiu minimizar várias limitações anteriormente levantadas, o que pode ser constatado quando analisadas as potencialidades do software: i) possibilidade de importação de dados de chuva e vazão tanto no formato dos bancos de dados Hidroweb/ANA, quanto de dados em formato *.xlsx, e ainda, de dados de chuva no formato do banco de dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET); ii) constituição de séries hidrológicas em diferentes intervalos de tempo e com diferentes limiares de falhas; iii) realização de análises estatísticas complexas, tanto na abordagem local quanto regional; e iv) aplicação de testes de aderência robustos, testes não-paramétricos, testes de análise sazonal para vazões e de medidas voltadas à análise regional de frequências.
Desde a sua primeira versão operacional, o SYHDA tem sido empregado em inúmeros estudos conduzidos pelo referido Grupo de Pesquisa. A sua capacidade de executar processos complexos de forma repetitiva e rápida tem permitido que seja empregado para os mais diversos fins, como para análises pontuais de frequência com uso de modelos probabilísticos teóricos para séries de chuvas intensas (BESKOW et al., 2015; CALDEIRA et al., 2015) e de vazões de enchente (CASSALHO et al., 2017, CASSALHO et al., 2018), para análises da sazonalidade de vazões de estiagem (BESKOW et al., 2014; BESKOW et al., 2016) e de vazões máximas (CASSALHO et al., 2019c) visando à regionalização, e para análise regional de frequência de cheias empregando modelos probabilísticos multiparâmetros (CASSALHO et al., 2019a; CASSALHO et al., 2019b). Além destes estudos, outras produções acadêmicas utilizaram o software para composição de séries temporais e posterior aplicação destas em diversos estudos e locais (BORK, 2018; CALDEIRA, 2014; CALDEIRA, 2016; CASSALHO, 2017).
Muitas das análises realizadas nos estudos acima mencionados são consideradas no estado-da-arte e somente foram possíveis com o auxílio do SYHDA. Grande parte destes estudos foram publicados em periódicos internacionais de alto fator de impacto, como Journal of Hydrology (Elsevier), Journal of Hydrology: Regional Studies (Elsevier), Water Resources Management (Springer), Journal of Hydrologic Engineering (ASCE), Journal of Flood Risk Management (Wiley) e Hydrological Processes (Wiley), demonstrando o seu potencial inovador. Por meio destas publicações, o SYHDA alcançou e despertou o interesse de muitos pesquisadores da área, tanto a nível nacional (Universidade Estadual de Londrina – UEL e das Universidades Federais do Mato Grosso do Sul – UFMS, de Santa Maria – UFSM, do Rio Grande do Sul – UFRGS, do Paraná – UFPR, de Lavras – UFLA, do Sul da Bahia – UFSB e do Pará – UFPA) quanto internacional (University of Arizona/Estados Unidos, do National Meteorological and Hydrological Service Peru/Peru, da Universidade de Coimbra/Portugal e da Central China Normal University/China).
O SYHDA foi também divulgado no “Innovation in Hydrometry – from ideas to operation 2017”, organizado pela “Internacional Association of Hydrological Sciences” (IAHS) em parceria com a “World Meteorological Organization” (WMO), em Genebra, na Suíça. No entanto, a sua difusão entre os profissionais da área no Brasil – sem o viés da pesquisa – ainda é incipiente, tendo sido este evento motivador para que fosse produzida uma Nota Técnica sobre o software recentemente publicada pela Revista Brasileira de Recursos Hídricos (VARGAS et al., 2019).
Contudo, dada a grande demanda pelo software e o anseio, por parte do Grupo de Pesquisa, em incluir no SYHDA novas técnicas de análises de dados hidrológicos, tem sido avaliado outro ambiente de programação para a sua contínua atualização e o desenvolvimento de uma nova versão. Isso porque a linguagem de programação atual – Delphi – tem, aos poucos, caído em desuso, implicando em carência de recursos humanos e dificultando atualizações no software. Além do mais, especificidades do Delphi com relação à integração de rotinas computacionais a banco de dados, por exemplo, faz com que o usuário tenha de reinstalar o SYHDA a cada atualização, fora alguns casos de incompatibilidade com versões do Windows.
Diante deste contexto e considerando a experiência acumulada pelo Grupo de Pesquisa no desenvolvimento de projetos de pesquisa, tem-se fortes indicativos de que a utilização de uma linguagem de programação adaptada aos recursos tecnológicos modernos, permitindo acesso a amplos recursos de programação, incluindo alto potencial de portabilidade, manipulação de pacotes estatísticos e ferramental de desenvolvimento para Web, venha a facilitar a constante ampliação e atualização do SYHDA e, por consequência, dar celeridade à disponibilidade e manutenção do software aos usuários. Cabe destacar que algumas linguagens de programação interpretadas, tais como R, MATLAB e Python, dispõem de uma ampla gama de bibliotecas contendo funcionalidades de propósito geral e aplicadas, as quais podem ser facilmente integradas às rotinas computacionais do SYHDA, especialmente no que tange à ampliação do software. Outro ponto relevante é a facilidade com que o desenvolvedor pode incorporar à WEB produtos desenvolvidos em linguagens interpretadas, como pode-se perceber em Konrath et al. (2018) e Lopes (2017), por exemplo. O desenvolvimento e a disponibilização do SYHDA em ambiente Web eliminam a necessidade de instalação do software e, com isso, todos os problemas atualmente verificados quanto a atualizações e à compatibilidade com o sistema operacional, além de permitir o controle efetivo de seus usuários e potencializar a difusão do mesmo entre os profissionais da área para auxiliar na solução de problemas de engenharia e gestão de recursos hídricos.

1) Ambiente de desenvolvimento
A plataforma Web do System of Hydrological Data Acquisition and Analysis (WebSYHDA) será integralmente desenvolvida em R que é uma linguagem de programação interpretada, de uso gratuito e que reúne características de portabilidade e conectividade com banco de dados e é viável para implementação de sistemas na Web. As implementações serão realizadas no Integrated Development Environment (IDE) RStudio.
Visando a criação de um produto na forma de um aplicativo Web interativo, serão utilizados alguns pacotes gratuitos que permitem a conversão de código escrito totalmente em R para outras linguagens, tais como HTML, CSS e JavaScript. Neste contexto, serão utilizados alguns pacotes recentemente desenvolvidos, tais como o shiny (CHANG et al. 2017), o shinydashboard (CHANG et al., 2018), o flexdashboard (IANNONE et al., 2018), DT (XIE et al., 2019) e similares.
Inicialmente, será reavaliada a estrutura existente do SYHDA para estabelecer uma estratégia para melhor disponibilizar as opções gerais do WebSYHDA. Pretende-se preservar as opções gerais do SYHDA, especialmente no que concerne à sequência lógica de utilização do mesmo, ou seja, aquisição de dados hidrológicos, constituição de séries hidrológicas e análises hidrológicas para séries estruturadas segundo as necessidades dos usuários.

2) Aquisição de dados hidrológicos
As opções de bancos de dados hidrológicos nacionais do Hidroweb/ANA e do BDMEP/INMET também serão disponibilizadas no WebSYHDA. Serão implementadas rotinas computacionais para que a plataforma compreenda diferentes formatos de dados das duas fontes supracitadas. Buscar-se-á, nesta nova plataforma, permitir o manuseio de outras variáveis meteorológicas disponibilizadas por ambas fontes de informações.
A entrada de arquivos padronizados dos bancos de dados do Hidroweb/ANA e do BDMEP/INMET no WebSYHDA será realizada de duas formas. A primeira, já existente no SYHDA (VARGAS et al., 2019), contempla o download do arquivo de interesse e seu upload na plataforma. Para a segunda forma, projeta-se desenvolver uma interface gráfica composta por mapas contendo as estações de monitoramento de modo que os algoritmos a serem implementados permitam selecionar a estação de interesse. Serão avaliadas diversas bibliotecas recentes, tais como maps (BECKER; WILKS, 2018), sf (PEBESMA et al., 2019), leaflet (CHENG et al., 2018), spData (BIVAND et al., 2019), mapview (APPELHANS et al., 2019) e tmap (TENNEKES et al., 2019).
Para aumentar o rol de possibilidades de uso do WebSYHDA, serão implementados algoritmos para possibilitar a realização de upload de arquivos sem formato padrão (e.g. *.txt, *.csv, *.xlsx) referentes a estações de monitoramento diversas. Para fins de desenvolvimento e validação dos algoritmos, serão usados os dados da rede de monitoramento hidrológico da bacia hidrográfica do arroio Pelotas, de responsabilidade do Grupo de Pesquisa em Hidrologia e Modelagem Hidrológica em Bacias Hidrográficas/UFPel.
Uma estratégia de ação que promoverá um grande diferencial do WebSYHDA em relação ao SYHDA diz respeito à possibilidade de o usuário realizar a aquisição de um conjunto de arquivos oriundos de várias estações de monitoramento. Desta maneira, a plataforma realizará o processamento em fila.
Para a implementação das rotinas associadas à etapa de aquisição de dados das diferentes fontes de informações mencionadas que resultam em diferentes formatos de arquivos (e.g. *.txt, *.csv, *.xlsx, *.MDB), algumas bibliotecas do R poderão ser utilizadas como, por exemplo, utils (BENGTSSON, 2019), xlsx (DRAGULESCU; ARENDT, 2018), ImportExport (PROS; SUBIRANA; VILA, 2015) e ROBDC (RIPLEY; LAPSLEY, 2017).

3) Constituição de séries hidrológicas
O WebSYHDA será projetado para suprir demandas adicionais ao do SYHDA: i) estrutura para escolha de período inicial e final de séries hidrológicas; ii) configuração das prioridades de uso de dados segundo o nível de consistência, quando do uso de dados do Hidroweb/ANA; e iii) melhorias nas opções de estabelecimento de critérios de falhas. Para estas implementações serão empregadas funções da biblioteca base (R Core Team, 2019a) do R que permitem operações para organização, filtragem e ordenamento de dataframes e operações matemáticas básicas.
Também serão criadas ferramentas de visualização das séries constituídas para permitir uma rápida visualização de hietogramas e hidrogramas. Algumas bibliotecas que poderão auxiliar no desenvolvimento destas ferramentas de visualização são ggplot2 (WICKHAM et al., 2019) e plotly (SIEVERT et al., 2019).

4) Análises hidrológicas
4.1) Estatísticas básicas
Serão implementados no WebSYHDA funcionalidades associadas a estatísticas descritivas correspondentes à cada série hidrológica, tais como média aritmética, média harmônica, média geométrica, mediana, desvio médio, variância, desvio padrão, valores máximo e mínimo, coeficiente de variação, coeficiente de assimetria e coeficiente de curtose, de forma análoga ao disponível no SYHDA (VARGAS et al., 2019). Para estas implementações serão empregadas bibliotecas padrões do R: base (R Core Team, 2019a), stats (R Core Team, 2019b) e utils (BENGTSSON, 2019).

4.2) Representação gráfica
Além das funcionalidades existentes no SYHDA, também serão adicionados gráficos do tipo hidrograma, hietograma, curva de massa e tipo boxplot, bem como a opção de salvá-los. Para estes propósitos serão avaliadas funcionalidades de algumas bibliotecas: ggplot2 (WICKHAM et al., 2019), plotly (SIEVERT et al., 2019), DT (XIE et al., 2019), shinydashboard (CHANG et al., 2018), flexdashboard (IANNONE et al., 2018) e rmarkdown (ALLAIRE et al., 2019).

4.3) Testes não paramétricos
Além dos testes não paramétricos existentes no SYHDA (VARGAS et al., 2019), será incorporado ao WebSYHDA o teste de Mann-Kendall (MANN, 1945; KENDALL, 1975). Neste aspecto, as bibliotecas stats (R Core Team, 2019b), trend (POHLERT, 2018a), DescTools (SIGNORELL et al., 2019) e biblioteca Kendall (MCLEOD, 2011) poderão auxiliar na implementação.

4.4) Análises de sazonalidade
As medidas de sazonalidade existentes no SYHDA (VARGAS et al., 2019) serão incorporadas no WebSYHDA, no entanto, serão melhor exploradas na plataforma haja vista que os usuários poderão usufruir das novas funcionalidades de aquisição de dados e de constituição de séries, desta maneira potencializando o uso para diversas séries hidrológicas simultaneamente.

4.5) Consistência de dados de chuva
Serão implementadas metodologias tradicionais (e.g. ponderação regional, regressão linear e vetor regional), seguindo recomendações de Bertoni & Tucci (2013), e também metodologias mais recentes, tal como a de redes artificiais naturais (DEPINÉ et al., 2014; GHUGE & REGULWAR, 2013). Para a análise de consistência, projeta-se a implementação do método da curva dupla massa (SEARCY & HARDISON, 1960). Serão avaliadas outras bibliotecas: neuralnet (FRITSCH et al., 2019), nnfor (KOURENTZES, 2019), grnn (CHASSET, 2013) e neural (NAGY, 2014).

4.6) Curvas IDF
Buscar-se-á incorporar à plataforma WebSYHDA funcionalidades para modelagem de probabilidades de séries de chuva máxima diária anual, desagregação de chuva diária (SILVA NETO et al., 2017), bem como para o ajuste de curvas IDF.

4.7) Análise de frequência local
Buscar-se-á com este projeto melhorar as funcionalidades existentes no SYHDA (VARGAS et al., 2019) sobre análise de frequência local para a plataforma WebSYHDA de modo a contemplar o ajuste de distribuições pelos métodos dos momentos, momentos-L e máxima verossimilhança. Algumas bibliotecas mais específicas serão avaliadas: stats (R Core Team, 2019b), dgof (ARNOLD; EMERSON 2013), ppcc (POHLERT, 2018b), goftest (FARAWAY et al., 2017), lmom (HOSKING, 2019a), likelihood (MURPHY, 2015) e stats4 (R Core Team, 2019c).

4.8) Análise de frequência regional
As metodologias para a análise regional de frequência de variáveis hidrológicas (HOSKING & WALLIS, 1997) também serão implementadas na plataforma WebSYHDA. Projeta-se melhorias para a plataforma WebSYHDA no que concerne à aquisição e estruturação de séries hidrológicas. Para estas análises hidrológicas, algumas bibliotecas mais específicas serão avaliadas como, por exemplo, lmom (HOSKING, 2019a), RFA (RIBATET, 2007) e lmomRFA (HOSKING, 2019b).

5) Estruturação de relatórios dinâmicos em Webpage
Com vistas a propiciar uma melhor apresentação dos resultados oriundos de todas as análises hidrológicas mencionadas no tópico anterior – estatísticas descritivas, representação gráfica, testes não paramétricos, análise de sazonalidade, consistência de dados de chuva, curvas IDF, análise de frequência local e análise de frequência regional –, uma estratégia de ação será a estruturação de relatórios dinâmicos na forma de WebPage, com possibilidade de exportação. Neste contexto, serão avaliadas funcionalidades de algumas bibliotecas para auxiliar, tais como DT (XIE et al., 2019), shinydashboard (CHANG et al., 2018), flexdashboard (IANNONE et al., 2018) e rmarkdown (ALLAIRE et al., 2019).

6) Compartilhamento do WebSYHDA
Projeta-se avaliar o compartilhamento da plataforma de acordo com três fases, a saber: i) serviço de hospedagem gratuito na nuvem do RStudio (Shinyapps.io) – a estratégia é avaliar o desempenho de todas as funcionalidades quando acessadas via Web no servidor do Shinyapps.io, considerando um usuário por vez; ii) minicomputador como protótipo – esta plataforma de hardware servirá como um servidor web, permitindo prototipar a solução proposta em bancada de laboratório, disponibilizando amplo acesso aos membros da equipe visando testes da plataforma WebSYHDA; iii) servido desktop – o computador desktop servirá como um servidor Web, possibilitando prototipar a plataforma visando ao acesso múltiplo em escala maior para testes. Para a fase iii), será estruturado um sistema de autenticação de usuários permitindo controlar o uso da plataforma.

Este projeto tem como metas:
i) Desenvolver um produto tecnológico que atenda as demandas de profissionais da área de recursos hídricos no que tange ao manuseio e análise de dados hidrológicos por meio de técnicas do estado-da-arte;
ii) Disponibilizar o produto em plataforma Web de modo a facilitar atualizações e garantir uma boa usabilidade;
iii) Publicar ao menos 1 artigo técnico-científico em periódico especializado, a fim de divulgar o produto;
iv) Possibilitar, na temática do projeto, a formação de recursos humanos a nível de iniciação científica e pós-graduação.

Com este projeto de pesquisa, espera-se que:
i) para os desenvolvedores, a plataforma WebSYHDA facilite as constantes atualizações do software e inclusão de novas funcionalidades;
ii) para os usuários, a plataforma WebSYHDA facilite a utilização do software, por não requerer instalação, e que permita acesso instantâneo a atualizações;
iii) as novas possibilidades de entrada de dados hidrológicos ampliem a utilização do software tanto a nível nacional quanto internacional;
iv) o aprimoramento das funcionalidades existentes e a inclusão de novas técnicas de análise de dados hidrológicos promova entre os profissionais da área a difusão de técnicas do estado-da-arte para resolver problemas cotidianos da engenharia hidrológica.

O principal impacto esperado com este projeto de pesquisa é aproximar os avanços científicos na área de engenharia hidrológica dos profissionais que necessitam manusear e analisar séries hidrológicas. Deste modo, espera-se que a plataforma WebSYHDA viabilize o uso de técnicas do estado-da-arte ainda pouco empregadas na área de recursos hídricos, mas com comprovação científica de superioridade em relação às técnicas tradicionalmente empregadas no Brasil, para resolver questões associadas à engenharia hidrológica e à gestão de recursos hídricos, trazendo soluções mais adequadas que têm impacto no meio ambiente, na economia e na sociedade. Além do mais, espera-se a difusão do WebSYHDA entre profissionais de outros países, haja vista a incorporação de funcionalidades que permitem a entrada de dados de fontes diversas de informações.
Tendo em vista o caráter técnico, científico e de inovação deste projeto, acredita-se que existe um grande potencial do WebSYHDA ser utilizado por alunos de graduação e pós-graduação, pesquisadores, profissionais da área, empresas, comitês de bacias e órgãos públicos de recursos hídricos e meio ambiente.