Previsão hidroeconômica de curto prazo com modelo de redes neurais artificias: aplicação à bacia do rio Caí

Abstract

A região hidrográfica do baixo Caí é marcada por cheias recorrentes que impactam diretamente cerca de 100.000 pessoas, diante desse cenário o Serviço Geológico do Brasil – CPRM implantou, em 2010, o Sistema de Alertas Hidrológicos da Bacia do Rio Caí (SAH-Caí), sendo responsável pela emissão de previsões fluviométricas para os municípios de São Sebastião do Caí e Montenegro. A necessidade de aprimoramento do sistema motivou o desenvolvimento de uma ferramenta capaz de gerar e integrar previsões fluviométricas, espacialização de áreas inundáveis e estimativas de prejuízos, entregando ao usuário final um prognóstico dos eventos hidrológicos extremos. O presente estudo foi desenvolvido tendo como base três eixos de pesquisa, desenvolvimento de um modelo de previsão fluviométrica, mapeamento de áreas inundáveis para diferentes níveis fluviométricos e estimativa de prejuízos associados a cada região atingida pela cheia. O modelo de previsão fluviométrica foi construído tendo como base os conceitos de aprendizado de máquina através de redes neurais artificias, que contou com a aplicação de técnica de amostragem sistemática para composição das séries de dados de treinamento, além da aplicação de médias móveis com uso de ponderação temporal exponencial e gama sobre os dados de entrada. Como resultado foram obtidos dois modelos de previsão, com alcances de 20h e 24h, respectivamente, para os municípios de São Sebastião do Caí e de Montenegro, com coeficientes de NashSutcliffe (NS) superiores a 0,9. O mapeamento das áreas inundáveis foi obtido através da compatibilização das referências de nível verticais de um MDT (Modelo Digital de Terreno), de alta resolução, e as seções linimétricas existentes no perímetro urbano desses municípios, resultando na obtenção de manchas de inundação com intervalos de nível de 0,5m, cobrindo uma faixa que vai da cota de início de inundação à cota associada a um TR de 100 anos. A quantificação de danos resultou em estimativas de prejuízos associados a cada nível de inundação e teve como base a adaptação da metodologia utilizada por Fadel (2015). Para a cidade de Montenegro os valores obtidos são da ordem de 12 milhões de reais associados a uma cota de 650 cm chegando a 81 milhões de reais associados a cota de 1000 cm, já para o município de São Sebastião do Caí os prejuízos estimados são da ordem de 7,5 milhões de reais associados a cota de 1100 cm chegando a 64,5 milhões de reais associados a cota 1500 cm. A integração dos dados coletados, nos três eixos de pesquisa, foi realizada no formato de boletim informativo de modo a fornecer um mecanismo de divulgação rápida e de fácil compreensão.