Discharge estimation in open channels by means of water level hydrograph analysis

Aricò, Costanza; Corato, Giovanni; Tucciarelli, Tullio; Meftah, Mouldi Ben; Petrillo, Antonio; Mossa, Michele

doi:10.1080/00221686.2010.507352

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“…Elas requerem para a sua solução duas condições de contorno e uma condição inicial para as variáveis do problema. Se o escoamento ocorre em regime supercrítico, são necessárias duas condições de contorno de montante, mas se o escoamento é subcrítico, é necessária uma condição de montante e outra de jusante (AKAN, 2006;ARICÒ et al, 2010). As condições de contorno de montante podem ser curva de descarga ou medidas de níveis (linigrama).…”

Section: Modelos Hidrodinâmicosunclassified

“…Informações de velocidades podem ser empregadas para este fim, mas deve-se considerar um perfil de velocidades para estimar a vazão (CHOO et al, 2013(CHOO et al, , 2014. Esses modelos precisam de poucos dados batimétricos adicionais, sendo que Aricò et al (2010) indicam que 500 m de comprimento do trecho do curso d'água são suficientes. Outro tipo de abordagem é empregado nas situações em que as informações de vazões são difíceis de obter, e, assim, utiliza-se a medição de nível em duas seções transversais distintas.…”

Section: Introductionunclassified

“…Outro tipo de abordagem é empregado nas situações em que as informações de vazões são difíceis de obter, e, assim, utiliza-se a medição de nível em duas seções transversais distintas. Essas medições podem ser realizadas diretamente por meio de medidores de nível (ARICÒ et al, 2010;PERUMAL et al, 2010;YADAV et al, 2015) ou empregando sensoreamento remoto para estimar a declividade da linha d'água (DURAND et al, 2014). Para tanto, é preciso determinar as características do trecho por meio de um levantamento batimétrico mais detalhado.…”

Section: Introductionunclassified

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Uso de modelo hidrodinâmico para determinação da vazão a partir de medições de nível

Oliveira

Pereira

Soares

et al. 2016

RBRH

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Este é um artigo publicado em acesso aberto (Open Access) sob a licença Creative Commons Attribution, que permite uso, distribuição e reprodução em qualquer meio, sem restrições desde que o trabalho original seja corretamente citado. RESUMOO uso de modelos hidrodinâmicos para a determinação das vazões em cursos d'água tem crescido nos últimos anos devido aos problemas relativos à utilização do método da curva-chave para monitoramento das vazões. Este trabalho tem por objetivo desenvolver um método para determinação das vazões em canais abertos utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivos (NSGA-II) e medições de nível da superfície livre associadas a um modelo hidrodinâmico. Dados obtidos de ensaios em um canal experimental de laboratório foram utilizados para calibração e validação do modelo. O algoritmo de otimização NSGA-II apresentou excelentes resultados, obtendo-se coeficientes de Nash-Sutcliffe superiores a 0,99 tanto para a calibração quanto para a validação do modelo hidrodinâmico. As vazões calculadas pelo modelo hidrodinâmico apresentaram uma variação de até 150% para um mesmo nível quando comparadas às vazões estimadas pela curva-chave, o que demonstrou que o uso da curva-chave para medição de vazão em regime variável apresenta erros elevados. Palavras-chave:Otimização multiobjetivo; Equações de Saint-Venant; Escoamento não permanente; NSGA-II; Curva-chave. ABSTRACTThe use of hydrodynamic models to determine stream discharges has been grown in recent years due to the problems regarding the use of rating curve method for discharge estimating. This study aims to develop a method for determining discharges in open channels using multiobjective evolutionary algorithms (NSGA-II) and free surface level measurements associated with a hydrodynamic model. Data obtained from experiments on a laboratory experimental channel have been used for model calibration and validation. NSGA-II optimization algorithm presented excellent results and Nash-Sutcliffe coefficients greater than 0.99 have been obtained for both calibration and validation of the hydrodynamic model. Discharges calculated by the hydrodynamic model showed variations of up to 150% for the same level when compared to the discharges estimated by the rating curve, which showed that the use of rating curve for discharge measurements during transient flows results in high errors.

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Section: Modelos Hidrodinâmicosunclassified

Section: Introductionunclassified

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Uso de modelo hidrodinâmico para determinação da vazão a partir de medições de nível

Oliveira

Pereira

Soares

et al. 2016

RBRH

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“…Dados de velocidades podem ser empregadas para este fim, porém é preciso considerar um perfil de velocidades para estimar a vazão CHOO et al, 2014). Tais modelos requerem menos informações adicionais da geometria, tanto que Aricò et al (2010) indicam que o conhecimento de 500 m das características do trecho de canal são suficientes para este tipo modelagem.…”

Section: -Introduçãounclassified

Calibração de um modelo hidrodinâmico em um canal urbano utilizando algoritmos genéticos multiobjetivos

Formiga

Oliveira²,

Pereira

et al. 2016

Cieng

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RESUMOEste trabalho tem por objetivo efetuar a calibração de um modelo hidrodinâmico para canais abertos utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivos a partir de medições de nível da água. O método foi aplicado em um canal urbano com revestimento lateral de Gabião e com macrorrugosidades de fundo. Por ser um modelo hidráulico com poucos parâmetros, empregou-se apenas um evento para calibração dos parâmetros do coeficiente de rugosidade de Manning, referentes aos trechos apenas com revestimentos com Gabião e com macrorrugosidade de concreto. Outros três eventos foram usados para validação. Para tanto, foram empregadas duas funções objetivo na calibração pelo uso do algoritmo de otimização NSGA-II, o coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe e o erro da cota de pico. O NSGA-II apresentou excelentes resultados, obtendo-se coeficientes de Nash-Sutcliffe superiores a 0,96, e erros da cota máxima inferiores a 0,40 cm, tanto para calibração quanto para validação, em todos os eventos. Os valores médios encontrados para os coeficientes de rugosidade de Manning foram de 0,0905 para o trecho com macrorrugosidade de fundo de concreto e de 0,0277 para o trecho com Gabião. Palavras-chave: Otimização multiobjetivo; Equações de Saint-Venant; Escoamento não permanente; NSGA-II; curvachave. ABSTRACTThis paper aims to perform calibration of a hydrodynamic model for open channels using evolutionary algorithms multiobjectives from water level measurements. The method was applied in an urban channel with gabion coating with bottom macro-roughness. An event was used to calibrate parameters and three events for validation. Two objective functions were used in the optimization, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and the error of the peak quota. The NSGA-II optimization algorithm presented excellent results, obtaining Nash-Sutcliffe coefficients higher than 0.96, and errors of maximum dimension less than 0.40 cm for both calibration and validation of every event. The value of the roughness was found to be 0.0905 for the path with obstacles and 0.0277 for the part with gabion. Keywords: Multi-objective optimization; Saint-Venant equations; Unsteady flow; NSGA-II; Rating curve. -INTRODUÇÃOAs informações de vazões são essenciais na análise hidrológica sendo fundamentais em estudos de dimensionamento de estruturas, planejamento e gerenciamento de recursos hídricos, sistemas de alerta em tempo real, dentro outros. Uma grande parte destes estudos hidrológicos requer o emprego de modelos chuva-vazão, nos quais as vazões são também as principais variáveis. No entanto, a precisão da informação do escoamento e da precipitação são fundamentais para redução das incertezas da modelagem, pois os erros provenientes dos dados afetam a confiabilidade dos resultados obtidos. Deste modo, modelos conceitualmente mais precisos, necessitam de informações mais confiáveis.No entanto, os dados de vazões confiáveis nos cursos d'água é a variável usual da Hidrologia mais difícil a ser obtida, pois é um procedimento muitas vezes demorado, perigoso e...

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“…Previous numerical and laboratory experiments (Aricò et al, 2009(Aricò et al, , 2010 have proved that, if the downstream channel section of the computational domain is far enough from the upstream one, the downstream boundary condition can be replaced with an approximated boundary without any significant effect on the discharge computed at the upstream site.…”

Section: The Hydraulic Modelmentioning

confidence: 99%

Discharge estimation combining flow routing and occasional measurements of velocity

Corato

Moramarco

Tucciarelli

2011

Hydrol. Earth Syst. Sci.

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Abstract.A new procedure is proposed for estimating river discharge hydrographs during flood events, using only water level data at a single gauged site, as well as 1-D shallow water modelling and occasional maximum surface flow velocity measurements. One-dimensional diffusive hydraulic model is used for routing the recorded stage hydrograph in the channel reach considering zero-diffusion downstream boundary condition. Based on synthetic tests concerning a broad prismatic channel, the "suitable" reach length is chosen in order to minimize the effect of the approximated downstream boundary condition on the estimation of the upstream discharge hydrograph. The Manning's roughness coefficient is calibrated by using occasional instantaneous surface velocity measurements during the rising limb of flood that are used to estimate instantaneous discharges by adopting, in the flow area, a two-dimensional velocity distribution model. Several historical events recorded in three gauged sites along the upper Tiber River, wherein reliable rating curves are available, have been used for the validation. The outcomes of the analysis can be summarized as follows: (1) the criterion adopted for selecting the "suitable" channel length based on synthetic test studies has proved to be reliable for field applications to three gauged sites. Indeed, for each event a downstream reach length not more than 500 m is found to be sufficient, for a good performances of the hydraulic model, thereby enabling the drastic reduction of river cross-sections data; (2) the procedure for Manning's roughness coefficient calibration allowed for high performance in discharge estimation just considering the observed water levels and occasional measurements of maximum surface flow velocity during the Correspondence to: G. Corato (g.corato@irpi.cnr.it) rising limb of flood. Indeed, errors in the peak discharge magnitude, for the optimal calibration, were found not exceeding 5 % for all events observed in the three investigated gauged sections, while the Nash-Sutcliffe efficiency was, on average, greater than 0.95. Therefore, the proposed procedure well lend itself to be applied for: (1) the extrapolation of rating curve over the field of velocity measurements (2) discharge estimations in different cross sections during the same flood event using occasional surface flow velocity measures carried out, for instance, by hand-held radar sensors.

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Discharge estimation in open channels by means of water level hydrograph analysis

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Uso de modelo hidrodinâmico para determinação da vazão a partir de medições de nível

Uso de modelo hidrodinâmico para determinação da vazão a partir de medições de nível

Calibração de um modelo hidrodinâmico em um canal urbano utilizando algoritmos genéticos multiobjetivos

Discharge estimation combining flow routing and occasional measurements of velocity

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