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Simulação hidrológica e avaliação dos índices de seca meteorológica e hidrológica utilizando projeções climáticas na bacia hidrográfica do Rio Verde
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Departamento de Recursos Hídricos
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Recursos Hídricos
Agência de fomento
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Os impactos causados pelas mudanças climáticas podem afetar o ciclo da água causando
danos à economia, sociedade e meio ambiente. Esta proposta de pesquisa tem quatro objetivos
centrais: analisar o desempenho dos modelos hidrológicos Lavras Simulation of Hydrology
(LASH), Modelo Hidrológico Distribuído (MHD-INPE), Variable Infiltration Capacity (VIC)
na Bacia hidrográfica do Rio Verde-BHRV; analisar o comportamento e a frequência da seca
meteorológica e seus impactos, utilizando as projeções climáticas dos cenários RCP4.5 e
RCP8.5 e o ensemble dos três modelos globais (HadGEM2-ES, MIROC5 e CanESM2),
regionalizados pelo modelo Eta na BHRV; e analisar o comportamento e a frequência da seca
hidrológica, a partir das vazões simuladas pelos modelos VIC e SWAT na BHRV, utilizando
as projeções climáticas dos RCPs. A BHRV está localizada, no Sul do estado de Minas Gerais,
inserida na Serra da Mantiqueira, uma das regiões hidrográficas de cabeceiras mais importantes
do Brasil. A análise de desempenho dos três modelos hidrológicos (LASH, MHD e VIC) foram
comparadas por meio de índices estatísticos. Foram utilizados os índices SPI e SPEI, para secas
meteorológicas e o índice SSFI, para secas hidrológicas, com base em vazões simuladas pelos
modelos hidrológicos SWAT e VIC. Os resultados da calibração e validação mostraram uma
boa performance dos modelos LASH e MHD-INPE, em simular a vazão da BHRV, no passo
de tempo diário. A análise desempenho dos modelos hidrológicos mostrou que o LASH e o
MHD-INPE simularam melhor as vazões médias, do período seco e chuvoso, quando
comparados aos resultados da simulação com o VIC. Esses resultados justificam a indicação do
uso do LASH e MHD-INPE em estudos relacionados com a previsão de vazão no período seco
e chuvoso da região. Nesta pesquisa, foi possível diagnosticar os possíveis impactos da seca na
região, utilizando os índices de seca, índice de precipitação padronizado (SPI), índice
padronizado de precipitação e evapotranspiração (SPEI) e índice padronizado de vazão (SSFI),
a partir de projeções climáticas dos cenários RCP4.5 e RCP8.5. No clima presente, foi
encontrada uma forte correlação entre secas meteorológicas (SPI) e hidrológicas (SSFI) o que
indica uma rápida resposta da bacia às secas meteorológicas. No clima futuro (2005-2099), o
SPI apresentou distribuições de frequência das secas simuladas semelhantes para o RCP4.5 e o
RCP8.5. O SPEI forneceu resultados diferentes entre os cenários, especialmente para o RCP8.5,
no qual foi evidenciado sério risco no futuro de ocorrência de megasseca pela diminuição da
precipitação e aumento da temperatura. No clima futuro, por sua vez, o SSFI simulou secas
extremas para o RCP4.5 e, para o RCP8.5, secas moderadas seguidas por secas severas. Esses
resultados poderão ser utilizados por gestores, na tomada de decisão, para minimizar os
impactos de seca severa, que poderão atingir o meio ambiente, o agronegócio e afetar o nível
de reservatórios e a geração de energia hidrelétrica da região.
Abstract
The impacts caused by climate change can affect the water cycle causing damage to the
economy, society and the environment. This research proposal has four main objectives: To
analyze the performance of the hydrological models Lavras Simulation of Hydrology (LASH),
Distributed Hydrological Model (MHD-INPE), Variable Infiltration Capacity (VIC) in the Rio
Verde-BHRV watershed; Analyze the behavior and frequency of meteorological drought and
its impacts using the climate projections of the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios and the ensemble
of the three global models (HadGEM2-ES, MIROC5 and CanESM2) regionalized by the Eta
model in the BHRV; and Analyze the behavior and frequency of hydrological drought from the
flows simulated by the VIC and SWAT models in the BHRV, using the climate projections of
the RCPs. BHRV is located in the south of the state of Minas Gerais, inserted in the Serra da
Mantiqueira, one of the most important headwater hydrographic regions in Brazil. The
performance analysis of the three hydrological models (LASH, MHD and VIC) were compared
using statistical indices. The SPI and SPEI indices were used for meteorological droughts and
the SSFI index for hydrological droughts, based on flows simulated by the SWAT and VIC
hydrological models. The calibration and validation results showed a good performance of the
LASH and MHD-INPE models in simulating the BHRV flow in the daily time step. The
performance analysis of the hydrological models showed that LASH and MHD-INPE better
simulated the average discharges, in the dry and rainy seasons, when compared to the simulation
results with the VIC. These results justify the indication of the use of LASH and MHD-INPE
in studies related to the prediction of flow in the dry and rainy season in the region. In this
research, it was possible to diagnose the possible impacts of drought in the region using the
drought indices standardized precipitation index (SPI), standardized precipitation and
evapotranspiration index (SPEI) and standardized flow index (SSFI), based on climate
projections of the RCP4.5 and RCP8.5 scenarios. In the present climate, a strong correlation
was found between meteorological (SPI) and hydrological (SSFI) droughts, which indicates a
rapid response of the basin to meteorological droughts. In the future climate (2005-2099), the
SPI presented similar simulated drought frequency distributions for RCP4.5 and RCP8.5. The
SPEI provided different results between the scenarios, especially for RCP8.5, in which a serious
risk in the future of occurrence of megadrought due to the decrease in precipitation and increase
in temperature was evidenced. In the future climate, in turn, SSFI simulated extreme droughts
for RCP4.5 and, for RCP8.5, moderate droughts followed by severe droughts. These results can
be used by managers in decision-making to minimize the impacts of severe drought that could
affect the environment, agribusiness and affect the level of reservoirs and hydroelectric power
generation in the region.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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Citação
OLIVEIRA, C. de M. M. de. Simulação hidrológica e avaliação dos índices de seca meteorológica e hidrológica utilizando projeções climáticas na bacia hidrográfica do Rio Verde. 2023. 84 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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