Caracterização do regime de vazões naturais de rios da América do Sul utilizando modelagem hidrológica

Abstract

Os rios prestam importantes serviços ambientais relacionados à preservação e sustentação dos ecossistemas aquáticos, possuem um papel importante no ciclo hidrológico de bacias hidrográficas e sustentam atividades socioeconômicas como o abastecimento de água de cidades, suprimento para a indústria, agricultura, navegação e geração de energia elétrica. Entender o comportamento dos rios é de suma importância, pois a mudança em suas características pode causar impactos, e a análise do comportamento dos rios nos dá um panorama da disponibilidade hídrica. O comportamento dos rios pode ser compreendido e caracterizado através do estudo do regime de vazões, que é descrito pelo padrão das características das séries de vazões de um rio, como a magnitude, previsibilidade e variabilidade das vazões. Este trabalho teve o objetivo de realizar a caracterização do regime natural de vazões dos rios da América do Sul, analisando seu comportamento médio através de índices hidrológicos, realizar a análise da acurácia de índices hidrológicos estimados a partir de vazões obtidas por modelagem hidrológica e desenvolver uma base de dados com esses índices. Para a obtenção dos índices hidrológicos foram utilizadas séries de vazões naturais diárias estimadas por modelagem hidrológica, empregando o uso do Modelo Hidrológico de Grandes Bacias (MGB), numa série de vazões de 1980 a 2014 (35 anos), e posteriormente foram calculados 73 índices hidrológicos. Para a análise da acurácia da modelagem hidrológica, foram calculados os índices com séries de vazões observadas, os quais foram comparados com os índices estimados através de erro relativo, erro absoluto e correlação. Os índices hidrológicos observados foram obtidos utilizando vazões de postos fluviométricos na América do Sul, após passar por uma filtragem de qualidade, resultando no total de 1329 postos. A base de dados foi construída através da elaboração de mapas com os principais índices hidrológicos analisados e os índices dos rios foram disponibilizados em plataforma online no formato de arquivo ESRI shapefile. Os resultados obtidos para a análise dos índices hidrológicos nos permitiram observar padrões de comportamento do regime de vazões dos rios, relacionados como por exemplo a clima e hidrogeologia, além de relações entre os próprios índices. O erro relativo foi calculado para os 1329 pontos (correspondentes aos postos fluviométricos) para 56 índices selecionados para essa análise, com isso obtivemos que a média das medianas dos erros calculados dos índices hidrológicos é de 33,2%. Com a base de dados podemos obter uma visão espacial do comportamento dos rios, inclusive de rios que ainda não têm informações sobre o regime de vazões. Assim, podemos concluir que as séries de vazões estimadas por modelagem hidrológica possuem representações satisfatórias dos índices hidrológicos apresentados. Dentre as contribuições deste trabalho, podemos destacar a apresentação dos índices hidrológicos e sua base de dados, que poderão ser utilizados como uma ferramenta para o conhecimento de processos hidrológicos na América do Sul.

Rivers provide important environmental services related to the preservation and support of aquatic ecosystems, play an important role in the hydrological cycle of watersheds and support socioeconomic activities such as city water supply, industrial supply, agriculture, navigation and electricity generation. Understanding the behavior of rivers is of paramount importance, as changes in their characteristics can cause impacts, and the analysis of river behavior gives us an overview of water availability. The behavior of rivers can be understood and adequate through the study of the flow regime, which is described by the pattern of flow characteristics of a river, such as magnitude, predictability and variability of flows. This work aimed to characterize the natural flow regime of rivers in South America, analyzing their average parameters of hydrological indices, performing an analysis of the accuracy of hydrological indices estimated from data flows by hydrological modeling and to develop a database with these indexes. To obtain the hydrological indices, series of daily natural flows estimated by hydrological modeling were used, using the Large Basin Hydrological Model (MGB), in a series of flows from 1980 to 2014 (35 years), and were subsequently calculated 73 hydrological indices. For the analysis of the accuracy of the hydrological modeling, the indices were calculated with series of observed flows, which were compared with the indices estimated through relative error, absolute error and correlation. The observed hydrological indices were obtained using flow rates from fluviometric stations in South America, after passing through a quality filtering, resulting in a total of 1329 stations. The database was built through the elaboration of maps with the main hydrological indices analyzed and the river indices were made available on an online platform in the ESRI shapefile file format. The results obtained for the analysis of hydrological indices allowed us to observe patterns of behavior of the river flow regime, related, for example, to climate and hydrogeology, as well as relationships between the indices themselves. The relative error was calculated for 1329 points (corresponding to fluviometric stations) for 56 indices selected for this analysis, with this we obtained that the average of the medians of the calculated errors of the hydrological indices is 33.2%. With the database we can obtain a spatial view of the behavior of rivers, including rivers that still do not have information on the flow regime. Thus, we can conclude that the series of flows estimated by hydrological modeling have satisfactory representations of the presented hydrological indices. Among the contributions of this work, we can highlight the presentation of hydrological indices and their database, which can be used as a tool for understanding hydrological processes in South America.