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Órgãos e empresas ligadas ao/à/a saneamento básico, irrigação, geração de energia hidrelétrica, eventos extremos (p.e. Defesa Civil) e setores afins se deparam diariamente com diversas questões relacionadas ao uso e controle de recursos hídricos, que podem demandar tomadas de decisões operacionais de curto, médio e longo prazos. Neste contexto, podem surgir questionamentos técnicos, como, por exemplo:
- Qual é a vazão disponível atual e a esperada para os próximos dias ou semanas para um manancial usado para abastecimento público, irrigação ou geração de energia?
- Qual flutuação no volume de água disponível em um reservatório pode ser esperada nos próximos dias ou semanas considerando o estado atual da bacia, os cenários de previsão do tempo e de uso da água?
- Quais as chances de não haver atendimento às demandas dos usuários de água no curto e médio prazo?
- A transposição de vazões de uma bacia hidrográfica para outra é viável? Quanto pode ser transposto mantendo a vazão ambiental? Qual vazão é necessária e como ela impacta os sistemas?
- Dada a situação atual de uma bacia hidrográfica e de suas estruturas de controle de água, qual o impacto de um evento de chuva ou de uma sequência de dias chuvosos previstos? Qual nível d’água o reservatório atingirá após os eventos de chuva? A vazão máxima que chegará nos sistemas de extravasores do reservatório superam a vazão de projeto e oferecem risco à segurança da barragem, atividades e população a jusante deste? Quais os níveis d’água a jusante de reservatórios durante e/ou após os eventos de chuva? Haverá extravasamento do curso d’água à jusante do reservatório? Onde chegará a inundação?
- Dada a situação atual de uma bacia hidrográfica, quais as chances de um evento de chuva ou de uma sequência de dias chuvosos previstos causarem inundação de cursos d’água afetando propriedades agrícolas e o trânsito de pedestres e de veículos em estradas rurais e pavimentadas? Qual o horário previsto para ocorrer e quais regiões serão atingidas? Qual o horário previsto para restabelecimento?
É fundamental que a tomada de decisão perante as questões acima relacionados à área de engenharia hidrológica seja embasada em informações e em critérios seguros. Porém, a resposta para tais perguntas não é simples, pois demanda o conhecimento de várias temáticas fundamentais para a engenharia de água e solo: meteorologia, ciência do solo, hidrologia, hidráulica, reservatórios, cartografia, sistemas de informações geográficas, sensoriamento remoto, modelagem matemática, programação computacional, etc. É bastante comum ainda, por parte de profissionais atuantes em órgãos e empresas de saneamento, irrigação, geração de energia hidrelétrica, eventos extremos (Defesa Civil) e afins, o emprego de planilhas eletrônicas para auxiliar na resposta a algumas das perguntas destacadas usando conhecimentos específicos de uma ou mais temáticas, com limitações substanciais para lidar com a interação entre as temáticas. Entretanto, cabe destacar que nas últimas décadas tem havido um aumento no uso de tecnologias desenvolvidas, na forma de modelos computacionais, para auxiliar os mesmos profissionais. Ocorre que quando esses modelos computacionais são usados, frequentemente trata-se de modelos que focam em responder as questões de gestão de água sob a ótica de uma das temáticas mencionadas, com destaque para o uso individualizado de modelos hidrológicos e modelos hidráulicos. A avaliação individualizada de diferentes modelos hidrológicos e de modelos hidráulicos é bastante relatada na literatura mundial. Todavia, o uso de modelos individuais dificulta a tomada de decisões operacionais de curto, médio e longo prazo.
Uma alternativa é o uso de modelos integrados para constituir sistemas de previsão hidrológica em tempo real e aviso antecipado, permitindo que diferentes componentes que interagem entre si possam ser trabalhados conjuntamente. Órgãos e empresas de setores acima mencionados não fazem uso de sistemas integrados ou, quando ambientes computacionais mais específicos, limitam-se a modelos isolados que não integram os diferentes componentes necessários. Essa constatação explica, em parte, problemas recorrentes de gestão da água no Brasil, especialmente no que se refere ao seu uso e controle.

Será proposto usando, de forma integrada, modelos do Hydrologic Engineering
Center (HEC) representando os seguintes componentes: meteorologia e previsão meteorológica, hidrologia, hidráulica, reservatório, impacto de Inundações e operacionalização para previsão em tempo
real. A avaliação do sistema ocorrerá em sub-bacias hidrográficas do sistema Patos-Mirim-São Gonçalo, contemplando áreas de drenagem tanto no Brasil como no Uruguai. Para tanto, serão utilizados dados espaciais (relevo, hidrografia, solo, uso e cobertura do solo e levantamentos topobatimétricos) e dados temporais passados e presentes oriundos do monitoramento de chuva, temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do vento, radiação solar e evaporação, nível d'água e vazão em cursos d'água, nível d'água em reservatórios, retiradas de água, saídas por estruturas extravasoras e
sistemas de bombeamento e ramificações. Serão consideradas redes da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA), do Centro de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (CEMADEN), do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), do Instituto Uruguayo de Meteorología (Inumet), Centro de Pesquisas e Previsão Meteorológica (CPPMET/UFPel), do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS); e do Grupo de Pesquisa em Hidrologia e Modelagem Hidrológica em Bacias Hidrográficas/UFPel (GP Hidrologia), coordenado pelo proponente. Da ANA serão
utilizados dados de estações pluviométricas e fluviométricas convencionais e com discretização temporal de 1 dia e também do portal Hidrotelemetria em tempo real e com discretização temporal sub-horária; do
CEMADEN serão empregados dados em tempo real e discretização sub-horária; do INMET serão empregados dados de chuva e de outras variáveis hidrometeorológicas em tempo real e discretização horária; do CPPMET serão usadas as informações de monitoramento pluviométrico oriundo do radar meteorológico; e do GP Hidrologia serão utilizados dados
de estações meteorológica automática, pluviométricas automáticas e de fluviométrica automática com telemetria. Em relação à previsão de chuva, será utilizado o modelo numérico Global Forecasting (GFS) e o modelo regional Weather Research & Forecasting (WRF). A confiabilidade do sistema será avaliada pelas etapas de calibração e validação a partir
das fontes de informações listadas.

Os principais indicadores e as metas do projeto são:
- ao final do primeiro ano, pretende-se ter alimentado o modelo de banco de dados com todos os dados hidrometeorológicos existentes, caracterizado as sub-bacias hidrográficas, avaliado diferentes combinações de metodologias para o modelo hidrológico, parametrizado o modelo de reservatório para os casos que se aplica e finalizar a rotina computacional para trabalhar com previsão numérica do tempo;
- ao final do segundo ano, pretende-se ter compatibilizado os dados de previsão do tempo e integrado com o modelo hidrológico, parametrizado o modelo hidráulico e o modelo de impacto de inundações para representar a rede de drenagem das sub-bacias e finalizado a calibração e validação dos modelos hidrológico e hidráulico;
- ao final do terceiro ano, pretende-se ter integrado todos os modelos no ambiente do sistema integrado de previsão hidrológica e alerta antecipado, avaliado o sistema integrado e testado a operacionalização básica.

Espera-se que com este projeto de pesquisa:
- o sistema integrado proposto viabilize o uso de técnicas sofisticadas pouco empregadas no Brasil para a engenharia hidrológica e traga contribuição científica em relação ao que existe hoje na literatura sobre o uso de ferramentas computacionais a para composição de sistemas de previsão;
- haja uma contribuição tecnológica, pois o projeto estimulará o uso de sistemas integrados de previsão por profissionais de órgãos e empresas dos setores interessados, encurtando a distância entre a academia e o setor público-privado que demanda conhecimento científico;
- seja demonstrado que é possível usar um sistema integrado robusto para melhorar a gestão quantitativa da água e tomadas de decisão por parte de diferentes setores que lidam com o uso e controle de água;
- recursos humanos qualificados a nível de graduação e pós-graduação sejam formados no grupo de pesquisa, visto que desenvolverão seus trabalhos no âmbito do sistema integrado de previsão usando ferramentas do estado-da-arte, possibilitando a difusão do conhecimento e a maior probabilidade de aplicação da ciência em prol da sociedade.