Volume 43, Nº 1 - março 2022
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DOI:10.5894/rh43n1-cti5
Este artigo é parte integrante da Revista Recursos Hídricos, Vol. 43, Nº 1, 57-78, março de 2022.
Acerca dos modelos de balanço hídrico propostos por Thornthwaite e Mather, Temez e Soil Conservation Service
On the water balance models of Thornthwaite and Mather, Temez and the Soil Conservation Service
Rodrigo Proença de Oliveira1, Joana Simões2
1 CERIS, Civil Engineering Research and Inovation for Sustainability. Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa. Bluefocus
2 Bluefocus
RESUMO
Este artigo discute a formulação matemática de três modelos hidrológicos do tipo agregado e contínuo e analisa as estimativas de escoamento produzidas por cada modelo, assumindo um passo de cálculo mensal ou diário. Os modelos estudados (Thornthwaite-Mather, Temez e Soil Conservation Service) foram propostos há mais de 50 anos e têm vindo a ser muito utilizados em todo o mundo. Embora existam vários artigos científicos dedicados a estes modelos, o trabalho aqui apresentado justifica-se pela utilização frequente destes modelos em Portugal e Espanha, incluindo em estudos de base de documentos estratégicos e de planeamento que têm vindo a orientar o planeamento e gestão de recursos hídricos na Península Ibérica. O artigo apresenta uma comparação direta dos três modelos, que pode fundamentar a decisão sobre qual modelo utilizar e melhorar a interpretação dos seus resultados. São propostas orientações para a calibração e validação dos modelos e é discutido o efeito da consideração de um passo de cálculo mensal versus diário.
Palavras-chave: Modelação; Balanço hídrico; Thornthwaite-Mather; Temez; SCS.
ABSTRACT
This paper presents the mathematical formulation of three aggregated and continuous hydrological models and analyses runoff estimates generated by each model, assuming a monthly or daily calculation step. The analysed models (Thornthwaite-Mather, Temez and Soil Conservation Service) have been proposed more than 50 years ago and have been widely used around the world. In spite the papers dedicated to these models, the work presented here stems from the frequent use of these models in Portugal and Spain, including in baseline studies for strategic and planning documents that have been guiding the planning and management of water resources in the Iberian Peninsula. This paper presents a direct comparison of the three models, which can support the decision on which model to use and improve the interpretation of its results. Guidelines for the models’ calibration and validation are proposed and the effect of considering monthly versus daily calculation steps is discussed.
Keywords: Modelling; Water balance; Thornthwaite-Mather, Temez, SCS.
Ajami, N. K.; Gupta, H.; Wagener, T.; Sorooshian, S.; 2004. Calibration of a semi-distributed hydrologic model for stream flow estimation along a river system. Journal of Hydrology, 298(1), pp.112-135.
Arnold, J.G.; Moriasi, D. N.; Gassman, P. W.; Abbaspour, K. C.; White, M. J.; Srinivasan, R.; Kannan, N.; 2012. SWAT: Model use, calibration and validation. Transactions of the ASABE, 55(4), pp.1491-1508.
Arnold, J. G.; Fohrer, N.; 2005. SWAT2000: Current capabilities and research opportunities in applied watershed modeling. Hydrol. Proc. 19(3): 563-572.
Arnold, J.G..; Srinivasan, R.; Muttiah, R.S.; Williams, J.R.; 1998. Large−area hydrologic modeling and assessment: Part 1. Model development. J. American Water Resources Assoc. 34(1): pp.73−89.
Crawford, N.H.; Linsley, R.K.; 1966. Digital Simulation in Hydrology: Stanford Watershed Model IV, Standford University, Dept of Civil Engineering, Technical report 39.
CEDEX, 2017. Evaluación del impacto del câmbio climático en los recursos hídricos y sequias en España, Informe Técnico para Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente, Secretaría de Estado de Medio Ambiente, Oficina Española de Cambio Climático, Madrid, julio Cunha, L.V; Oliveira, R.P.; Nunes, V.; 2002. Water resources, in Santos, F.D; Forbes, K.; Moita, M.; 2002. Climate Change in Portugal. Scenarios, Impacts and Adaptation Measures - SIAM Project, Gradiva.
Cunha, L.V; Ribeiro, L., Oliveira, R.P.; Nascimento, J.; 2006. Recursos hídricos, in Santos, F.D; Miranda, P.; 2006. Alterações Climáticas em Portugal. Cenários, Impactos e Medidas de Adaptação - Projecto SIAM II, Gradiva.
Haan, C.T.; 1972. A water yield model for small watersheds, Water Resources Research No. 8, pp 58-69
Haith, D.A.; Shoemaker, L.L.; 1987. Generalized Watershed Loading Functions for stream flow nutrients, Water Resources Bulletin, 23(3).
Hawkins, R.H.; Hjelmfelt, A.T.; Zevenbergen; A.W.; 1985. Runoff probability, storm depth and curve numbers, J. Irr. and Drain, ASCE, Vol. 111, No. 4, pp. 330–340.
HEC; 1977. STORM, Storage, Treatment, Overflow Runoff Model, User’s manual, US Army Corps of Engineers, Agosto
Hipólito, J.; Vaz, A.; 2011. Hidrologia e Recursos Hídricos, IST Press, ISBN 9789728469863, dezembro
Lencastre, A.; Franco, F.M.; 1992. Lições de Hidrologia, FCT-UNL
Libro Blanco del Agua en España, 1998. Documento de sínteses, Madrid, Diciembre, disponível em
https://www.miteco.gob.es/es/agua/temas/planificacion-hidrologica/sintesis_tcm30-77435.pdf
Linsley, R.K.; Crawford, N.H.; 1960. Computation of a Synthetic Streamflow Record on a Digital Computer, Int. Association Scientific Hydrology, Publication 5, pp. 526-538.
Linsley, R.K.; Kohler, M.A.; Paulhus, J.; 1982. Hydrology for Engineers, 3ª ed., McGraw-Hill.
Monreal, T.; 1986. Formulacion Teorica del Modelo de Temez, Curso sobre Modelos Hidrologicos de Simulacion Continua de la Cuenca
Kaleris, V.; Andreas, L.; 2016. Comparison of two rainfall–runoff models: Effects of conceptualization on water budget components. Hydrological Sciences Journal, 62.5: pp. 729-748.
Michaud, J.; Sorooshian, S.; 1994. Comparison of simple versus complex distributed runoff models on a midsized semiarid watershed. Water Resources Research, v. 30, n. 3, pp. 593-605.
Naef, F. ; 1981. Can we model the rainfall-runoff process today? / Peut-on actuellement mettre en modèle le processus pluie-écoulement? Hydrological Sciences Journal, 26(3), pp. 281-289.
Oliveira, R.P.; Simões, J.; 2019. Avaliação do balanço hídrico em regime natural em Portugal Continental e nas bacias partilhadas da Península Ibérica, Bluefocus.
Santos, F.R.; Oliveira, R.P.; Muad, F.F.; 2018. Lumped versus Distributed Hydrological Modeling of the Jacaré-Guaçu Basin, Brazil. J. Environ. Eng., 144(8).
Srinivasan, R.; Arnold, J. G.; Jones, C. A.; 1998. “Hydrologic modeling of the United States with the soil and water assessment tool.” Int. J. Water Resour. Dev., 14(3), 315–325.
Temez, J.R.; 1977. Modelo matemático de transformación “precipitación-aportación”, Asociación de Investigación Industrial Eléctrica (Madrid).
Thornthwaite, C.W.; 1948. An approach toward a rational classification of climate, Geographical Review, Vol. 38, No 1 (Jan), pp. 55-94
Thornthwaite, C.W.; Mather, J.R.; 1955. The water balance. Publications in Climatology, New Jersey, Drexel Institute of Technology, 104p.
USDA SCS; 1972. National engineering handbook, Section 4: Hydrology, Chapters 4–10, Washington, DC., 15-7–15-11.
USDA SCS; 1986. Urban Hydrology for Small Watersheds, Technical Release 55, 2nd edition, NTIS PB87-101580, Springfield, VA.
Van Griensven, A.; Meixner T.; Grunwald, S.; Bishop, T.; Diluzio M.; Srinivasan, R.; 2006. “A global sensitivity analysis tool for the parameters of multi-variable catchment models”. Journal of Hydrology, v.324, pp.10-23.
WMO; 1975. Intercomparison of Conceptual models used in operational hydrological forecasting. Oper. Hydrol. Rep. 7, WMO No. 429, Geneva.
Xu, C.Y.; Singh, V.P.; 1998. A review on monthly water balance models for water resources investigations, Water Resources Management, v. 12, n. 1, pp. 20-50.
Sites
MAPAMA: https://servicio.mapama.gob.es/sia/visualizacion/descargas/series.jsp