Calibração de calhas da vazão em sistemas irrigados por Processamento de Imagens de Vídeo e Inferência Bayesiana

Autores

DOI:

https://doi.org/10.31285/AGRO.27.1182

Palavras-chave:

calibração de calhas da vazão, RIveR, BaRatinAge

Resumo

O arroz é uma cultura que requer grande quantidade de água ao longo de todo o seu ciclo produtivo para garantir um bom rendimento, o que leva a um gasto de água maior em comparação com outras culturas. O Uruguai é um país que planta cerca de 160.000 ha/ano, o que demanda cerca de 1.760 hm3/ano de água, obtendo valores médios de produtividade muito altos a nível internacional de 9.000kg/ha. A irrigação geralmente é feita por inundação, conduzindo a água através de canais escavados onde são usadas comportas para a regulação da água e, em alguns poucos casos, instalam-se dispositivos para a sua medição. A crescente pressão que existe sobre o recurso água gera a necessidade de ampliar o conhecimento dos consumos de água ao nível das parcelas. Os canais medidores são uma oportunidade nesse sentido, no entanto, requerem calibração e ajuste com medições, o que geralmente é omitido devido ao seu alto custo e complexidade. Este trabalho propõe uma metodologia econômica para a calibração de canais medidores por meio do processamento de imagens de vídeo. A metodologia utiliza o software RIveR (https://riverdischarge.blogspot.com/) para processar as imagens de vídeo e o software BaRatinAGE para construir a relação nível vazão por meio da inferência Bayesiana. Como sensores de referência, utiliza-se um Radar de Velocidade Superficial e um Velocímetro de Efeito Acústico Doppler. A metodologia é testada em um canal medidor de garganta cortada. O experimento foi realizado em uma fazenda de arroz no norte do Uruguai. Os resultados sugerem que os canais medidores podem ser calibrados por meio do processamento de imagens de vídeo e que a incerteza pode ser quantificada por meio da inferência Bayesiana. Uma vantagem do método proposto é que ele utiliza software livre que pode ser aplicado de forma simples em pequenas propriedades.

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Referências

Adeogun A, Mohammed A. Review of methods of measuring streamflow using hydraulic structures. En: Ahsan A, editor. Hydraulic structures: theory and applications [Internet]. London: IntechOpen; 2019 [citado 2023 Aug 21]. 12p. Disponible en: https://cdn.intechopen.com/pdfs/64627.pdf

Atkins MD. Velocity field measurement using Particle Image Velocimetry (PIV). En: Kim T, Lu TJ, Song SJ, editores. Application of thermo-fluidic measurement techniques: an introduction. Amsterdam: Elsevier; 2016. pp. 125¬66. Doi: 10.1016/B978-0-12-809731-1.00005-8.

Benacchio V, Piégay H, Buffin-Bélanger T, Vaudor L. A new methodology for monitoring wood fluxes in rivers using a ground camera: potential and limits. Geomorphology. 2017;279:44-58.

Berger JO, Pericchi LR. Training samples in objective Bayesian model selection. Ann Stat. 2004;32(3):841-69.

Betancur L, Ruiz A, Castaño V, Duran P. Medición de agua y transmisión de datos en sistemas de riego por gravedad. En: Arroz: resultados experimentales 2015-2016. Montevideo: INIA; 2016. p. 23-5.

Bi S, Bai Y, Zhou X. Bayesian updating: reducing epistemic uncertainty in hysteretic degradation behavior of steel tubular structures. ASCE ASME J Risk Uncertain Eng. 2022;8(3):04022039. Doi: 10.1061/AJRUA6.000125.

Carracelas G, Hornbuckle J, Rosas J, Roel A. Irrigation management strategies to increase water productivity in Oryza sativa (rice) in Uruguay. Agric Water Manag. 2019;222:161-72.

Catsamas S, Shi B, Deletic B, Wang M, McCarthy DT. A low-cost, low-power water velocity sensor utilizing acoustic doppler measurement. Sensors (Basel). 2022;22(19):7451. Doi: 10.3390/s22197451.

Cawley KM, Harrison N, Nickerson ZL. NEON user guide to stage‐discharge rating curves (NEON.DP4.00133) [Internet]. [lugar desconocido]: NEON; 2022 [citado 2023 Aug 21]. 14p. Disponible en: https://data.neonscience.org/api/v0/documents/NEON_ratingCurve_userGuide_vC?inline=true

Dobriyal P, Badola R, Tuboi C, Hussain SA. A review of methods for monitoring streamflow for sustainable water resource management. Appl Water Sci. 2017;7(6):2617-28.

Ferdous R, Khan F, Sadiq R, Amyotte P, Veitch B. Handling and updating uncertain information in bow-tie analysis. J Loss Prev Process Ind. 2012;25(1):8-19.

Fujita I, Muste M, Kruger A. Large-scale particle image velocimetry for flow analysis in hydraulic engineering applications. J Hydraul Res. 1998;36(3):397-414.

Garcia R, Costa V, Silva F. Bayesian rating curve modeling: alternative error model to improve low-flow uncertainty estimation. J Hydrol Eng. 2020;25(5):04020012. Doi: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0001903.

Green PJ, Łatuszyński K, Pereyra M, Robert CP. Bayesian computation: a summary of the current state, and samples backwards and forwards. Stat Comput. 2015;25(4):835-62.

Guía de buenas prácticas en el cultivo de arroz en Uruguay [Internet]. Montevideo: ACA; 2009 [citado 2023 Aug 21]. 32p. Disponible en: http://www.ainfo.inia.uy/digital/bitstream/item/4927/1/Guia-de-Buenas-Practicas-Arroz-Uruguay-ACA.pdf

Hauet A. Estimation de débit et mesure de vitesse en rivière par Large-scale particle image velocimetry. Houille Blanche. 2009;(1):80-5. Doi: 10.1051/lhb:2009009.

Hauet A, Morlot T, Daubagnan L. Velocity profile and depth-averaged to surface velocity in natural streams: a review over alarge sample of rivers. E3S Web Conf. 2018;40:06015. Doi: 10.1051/e3sconf/20184006015.

Heiner B. Parshall flume staff gauge location and entrance wingwall discharge calibration corrections [tesis de maestría]. Logan (US): Utah State University, Civil and Environmental Engineering; 2009. 46p. Doi: 10.26076/eae6-ebf8.

Heyrani M, Mohammadian A, Nistor I, Dursun OF. Application of numerical and experimental modeling to improve the efficiency of parshall flumes: a review of the state-of-the-art. Hydrology. 2022;9(2):26. Doi: 10.3390/hydrology9020026.

Horner I, Renard B, Le Coz J, Branger F, McMillan HK, Pierrefeu G. Impact of stage measurement errors on streamflow uncertainty. Water Resour Res. 2018;54(3):1952-76.

Jolley MJ, Russell AJ, Quinn PF, Perks MT. Considerations when applying large-scale piv and ptv for determining river flow velocity. Front Water. 2021;3:709269. Doi: 10.3389/frwa.2021.709269.

Kastali A, Zeroual A, Remaoun M, Serrano-Notivoli R, Moramarco T. Design flood and flood-prone areas under rating curve uncertainty: area of Vieux-Ténès, Algeria. J Hydrol Eng. 2021;26(3):05020054. Doi: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0002049.

Kazimierski LD, García PE, Ortiz N, Morales M. Aforos de ríos y arroyos en la Cuenca Matanza-Riachuelo: Informe 05. Elaboración de relaciones altura – caudal (curvas HQ) [Internet]. Ezeiza: Acumar; 2021 [citado 2023 Aug 21]. 163p. Disponible en: https://repositorio.ina.gob.ar/items/fc1504ca-a46c-4c6a-99cd-68184626bcd4

Khosronejad A, Herb W, Sotiropoulos F, Kang S, Yang X. Assessment of Parshall flumes for discharge measurement of open-channel flows: a comparative numerical and field case study. Measurement. 2021;167:108292. Doi: 10.1016/j.measurement.2020.108292.

Kraatz DB, Mahajan IK, editores. Small hydraulic structures [Internet]. Vol. 2. Rome: FAO; 1975 [citado 2023 Aug 21]. 292p. Disponible en: https://www.fao.org/3/bl046e/bl046e.pdf

Le Coz J. A literature review of methods for estimating the uncertainty associated with stage-discharge relations [Internet]. Geneva: WMO; 2012 [citado 2023 Aug 21]. 21p. Report No.: PO6a:21. Disponible en: https://citeseerx.ist.psu.edu/document?repid=rep1&type=pdf&doi=b685243d91acd17a64c3e31ecff08ea39d5b279d

Le Coz J, Jodeau M, Hauet A, Marchand B, Le Boursicaud R. Image-based velocity and discharge measurements in field and laboratory river engineering studies using the free FUDAA-LSPIV software. En: River Flow 2014 [Internet]. Lausanne: [editor desconocido]; 2014 [citado 2023 Aug 21]. pp. 7. Disponible en: https://hal.inrae.fr/hal-02600735

Lüthi B, Philippe T, Peña-Haro S. Mobile device app for small open-channel flow measurement. En: Ames DP, Quinn NWT, Rizzoli AE, editores. Proceedings of the 7th International Congress on Environmental Modelling and Software, June 15-19, San Diego, California, USA [Internet]. [lugar desconocido]: IEMSS; 2014 [citado 2023 Aug 21]. pp. 283­7. Available from: https://scholarsarchive.byu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1035&context=iemssconference

Mansanarez V, Le Coz J, Renard B, Lang M, Pierrefeu G, Vauchel P. Bayesian analysis of stage-fall-discharge rating curves and their uncertainties. Water Resour Res. 2016;52(9):7424-43.

Martin J, Elster C. Aleatoric uncertainty for errors-in-variables models in deep regression. Neural Process Lett. 2022;55:4799-818. Doi: 10.1007/s11063-022-11066-3.

Muste M, Xiong Z, Schöne J, Li Z. Validation and extension of image velocimetry capabilities for flow diagnostics in hydraulic modeling. J Hydraul Eng. 2004;130(3):175-85.

Navas R, Vervoort W, Gamazo P. Bayesian inference of synthetic daily rating curves by coupling Chebyshev polynomials and the GR4J model. En: IAHS Scientific Assembly 2022. [lugar desconocido]: IAHS; 2022. Doi: 10.5194/iahs2022-2.

Patalano A, García CM, Rodríguez A. Rectification of Image Velocity Results (RIVeR): a simple and user-friendly toolbox for large scale water surface Particle Image Velocimetry (PIV) and Particle Tracking Velocimetry (PTV). Comput Geosci. 2017;109:323-30.

Porter NW, Mousseau VA. Understanding aleatory and epistemic parameter uncertainty in statistical models. En: Best Estimate Plus Uncertainty International Conference [Internet]. 2020 [citado 2023 Aug 21]. 10p. Disponible en: https://www.osti.gov/servlets/purl/1811616

Ran D, Wang W, Hu X. Three-dimensional numerical simulation of flow in trapezoidal cutthroat flumes based on FLOW-3D. Front Agr Sci Eng. 2018;5(2):168-76. Doi: 10.15302/J-FASE-2018217.

Rozos E, Mazi K, Lykoudis S. On the accuracy of particle image velocimetry with citizen videos: five typical case studies. Hydrology. 2022;9(5):72. Doi: 10.3390/hydrology9050072.

Rubio PB, Chamoin L, Louf F. Real-time Bayesian data assimilation with data selection, correction of model bias, and on-the-fly uncertainty propagation. Comptes Rendus Mécanique. 2019;347(11):762-79.

Sanjou M, Kato K, Aizawa W, Okamoto T. Development of drone-type float for surface-velocity measurement in rivers. Environ Fluid Mech. 2022;22(4):955-69.

Skogerboe GV, Bennett RS, Walker WR. Generalized discharge relations for cutthroat flumes. J Irrig Drain Div. 1972;98(4):569-83.

Temeepattanapongsa S, Merkley GP, Barfuss SL, Smith BL. Generic free-flow rating for cutthroat flumes. J Hydraul Eng. 2013;139(7):727-35.

Tomas G, Bleninger T, Rennie C, Guarneri H. Advanced 3D mapping of hydrodynamic parameters for the analysis of complex flow motions in a submerged bedrock canyon of the Tocantins River, Brazil. Water. 2018;10(4):367. Doi: 10.3390/w10040367.

Wasserman L. All of statistics: a concise course in statistical inference. Pittsburgh: Springer; 2004. 442p.

World Meteorological Organization. Manual on stream gauging. Geneva: WMO; 2010. 2p.

Publicado

2024-02-06

Como Citar

1.
Navas R, Monetta A, Roel Álvaro, Blanco N, Gil A, Gamazo P. Calibração de calhas da vazão em sistemas irrigados por Processamento de Imagens de Vídeo e Inferência Bayesiana. Agrocienc Urug [Internet]. 6º de fevereiro de 2024 [citado 13º de maio de 2024];27(NE1):e1182. Disponível em: https://agrocienciauruguay.uy/index.php/agrociencia/article/view/1182

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Integrated catchment management
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