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Lash model using hydrological response units (HRU) for simulation of the climate change impacts on the hydrology of the upper-middle Grande River Basin, southeast Brazil
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
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Departamento de Engenharia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós- Graduação em Recursos Hídricos
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
No Brasil, aproximadamente 70% de toda energia elétrica é produzida por
usinas hidrelétricas (UHEs), tornando o país dependente do regime hidrológico.
Assim, a capacidade de geração de energia elétrica no país pode ser comprometida
em função das alterações no regime hidrológico, em especial, devido às mudanças
climáticas. Nesse sentido, a modelagem do comportamento hidrológico de bacias
hidrográficas representa uma importante ferramenta para a gestão dos recursos
hídricos, sendo usada na avaliação de impactos, especialmente associados às
mudanças climáticas. O objetivo desse estudo foi: i) aprimorar a estrutura do
modelo Lavras Simulation of Hydrology (LASH) com a inserção do conceito de
Unidades de Respostas Hidrológicas (HRUs) a fim de potencializar sua
capacidade de simular o escoamento superficial e também o armazenamento de
água no solo; ii) aplicar o modelo na simulação dos impactos climáticos nas
condições hidrológicas e no potencial de geração de energia elétrica da usina
hidrelétrica de Furnas (UHE-Furnas). O modelo foi calibrado e validado usando
essa nova abordagem para a bacia hidrográfica do rio Grande, com seção definida
na UHE-Furnas. Foram confeccionados mapas de armazenamento de água no solo
para cada sub-bacia discretizada pelo modelo. Para simular os potenciais impactos
nas condições hidrológicas devido às mudanças climáticas, considerou-se as
premissas dos “Representative Concentration Pathways” (RCPs) 4.5 e 8.5
simuladas pelos modelos climáticos regionais (MCRs) Eta-HadGEM-ES, Eta-
MIROC5 e Eta-CanESM2, entre os anos 2007 e 2099. A produção potencial anual
média de energia elétrica pela UHE-Furnas foi estimada por meio das Curvas de
Permanência de Energia (CPEs). Os resultados do coeficiente estatístico de Nash-
Sutcliffe (CNS), com passo diário, foram de 0,86 e 0,77, para as etapas de
calibração e validação, qualificando o modelo como de alta performance para a
simulação. O armazenamento de água no solo mostrou-se condizente com suas
respectivas características geomorfológicas, climáticas e de uso do solo. Os
resultados relacionados aos impactos hidrológicos de mudanças climáticas
indicam redução da vazão média mensal durante todo o período analisado,
independentemente do modelo climático (Eta-HadGEM2-ES, Eta-MIROC5 e
Eta-CanESM2) e para ambos os cenários (RCP 4.5 e 8.5), com projeções mais
críticas associadas ao modelo Eta-HadGEM2-ES. Estes resultados poderão levar
a reduções no potencial hidrelétrico da UHE-Furnas de até -53% ao longo do
século XXI.
Abstract
In Brazil, approximately 70% of all electricity is produced through
hydropower plants (HPs), which makes the country dependent on the hydrological
regime. Therefore, the power generation capacity can be compromised due to
climate change and its impacts over the hydrological regime. In this sense, the
hydrological modeling represents an important tool in the context of water
resources management. It can be used in the assessment of the impacts, especially
associated with climate change. In this context, this study aims: i) to enhance the
structure of Lavras Simulation of Hydrology (LASH) with the introduction of the
concept of hydrological responses units (HRUs), which has potential to increase
the ability of this model to simulate runoff and other hydrological variables, such
as soil water storage; ii) to apply this improved version of the model to simulate
the impacts on the hydrological conditions and the potential for electric energy
generation of the Furnas hydroelectric plant (FHP). LASH model was calibrated
and validated using this new approach for the Grande river basin defined at FHP.
Soil water storage maps were developed made for each sub-basin discretized by
the model. For simulation of the hydrological impacts from climate change, it was
considered the Representative Concentration Pathways (RCPs) 4.5 and 8.5
premises simulated by the regional climate models (RCMs) Eta-HadGEM-ES,
Eta-MIROC5 and Eta-CanESM2, between the years 2007 and 2099. The
hypothetical average annual energy production for FHP was estimated through
the Power Duration Curves (PDCs). The results of the Nash-Sutcliffe statistical
coefficient (NS), in a daily step, were 0.86 and 0.77, respectively, for the
calibration and validation, which allow qualifying the model as high performance
for hydrological simulation. Soil water storage behavior was consistent with the
geomorphological, climatic and land use characteristics. The results related to the
hydrological impacts from climate change indicate a reduction in the monthly
average streamflow over the analyzed period for all the RCM (Eta-HadGEM2-
ES, Eta-MIROC5 and Eta-CanESM2) and RCPs. The more critical projections
were those based on the Eta-HadGEM2-ES model, which resulted in a decrease
in the annual energy production of up to -53% over the 21st century in FHP.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
VIEIRA, N. P. A. Lash model using hydrological response units (HRU) for simulation of the climate change impacts on the hydrology of the upper-middle Grande River Basin, southeast Brazil. 2019. 106 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.