Impact of large reservoirs on simulated discharges of Brazilian rivers

Abstract

Tens of thousands of dams were built around the world to reduce flood risks, produce energy, and maximize benefits of limited freshwater resources. In Brazil, the main and largest reservoirs are related to hydropower plants. Improving the understanding of reservoir dynamics is important not only to evaluate their impact in the flow regime of Brazilian rivers, but also to simulate the combined effect of constructing new dams and potential alterations under future climatic conditions. Here, we analyze how an ideal representation of reservoirs in terms of forced discharge would improve a previously calibrated hydrological model under the Brazilian domain. We forced the continental-scale version of the MGB model on observed reservoir outflows from 109 hydropower dams, which are part of the Brazilian National Interconnected System controlled by the National Electrical System Operator. Model simulated flows were replaced by the reservoir outflows in all dam locations and were compared to the original discharge in downstream gauges. The forced discharge simulation presented a mean improvement for Kling-Gupta Efficiency of 21%, when compared to the original model (naturalized flow). This analysis is a preliminary step towards an explicit representation of the reservoirs in the model, what will be conducted in a future study.

Milhares de barragens foram construídas no mundo para diminuir os riscos de inundação, gerar energia, e maximizar os benefícios dos recursos limitados de água doce. No Brasil, os principais e maiores reservatórios são do setor elétrico. Melhorar a compreensão da dinâmica dos reservatórios é importante não só para avaliar o seu impacto no regime de vazões dos rios brasileiros, mas também para simular o efeito combinado da construção de novas barragens e potenciais alterações sob condições climáticas futuras. Neste estudo, analisa-se como uma representação ideal de reservatórios em termos de vazões substituídas melhoraria um modelo hidrológico previamente calibrado sobre o domínio brasileiro. Forçou-se a versão em escala continental do modelo MGB com defluências observadas de 109 usinas hidrelétricas, que fazem parte do Sistema Interligado Nacional (SIN) - controlados pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). A simulação com vazões substituídas apresentou um Índice de Melhoria no Desempenho médio (IMD) para a Eficiência de Kling-Gupta (KGE) de 21%, em relação ao modelo original (i.e., vazões naturalizadas). Esta análise é um passo preliminar para uma representação explícita dos reservatórios no modelo, que será conduzida em um estudo futuro.