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Impactos das mudanças climáticas e da expansão agrícola na disponibilidade hídrica e geração de energia elétrica na bacia hidrográfica do Alto Rio Grande
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Recursos Hídricos
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Recursos Hídricos
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
As mudanças no clima e no uso e ocupação do solo causam alterações importantes no
regime hidrológico. As bacias hidrográficas de cabeceira em regiões de forte efeito orográfico
são estratégicas para satisfazer a demanda hídrica do país. Visto isso, o objetivo central deste
trabalho visa avaliar os impactos nos recursos hídricos na bacia hidrográfica do Alto Rio Grande
de 1985 a 2015 e em cenários futuros. Assim, esse estudo pretende compreender como as
alterações do clima e do uso e ocupação do solo podem afetar a segurança hídrica e energética
da região. Inicialmente, separou-se os impactos relacionados com fatores climáticos e
antropogênicos no deflúvio observado entre 1985 e 2015 pelo método de decomposição da
curva de Budyko. A seguir, foi realizada análise de incertezas relacionada aos parâmetros do
modelo hidrológico estimados na frente de Pareto por método de otimização multiobjetivo
(SPEA2) na estimativa da vazão diária, além de analisar as incertezas na projeção de deflúvio
de longo termo pelos seguintes métodos: curva de Budyko e modelagem hidrológica (MHD-
INPE). Assim, a partir da calibração do MHD-INPE foram avaliados os impactos hidrológicos
a partir de cenários futuros de mudanças climáticas (simulados por modelo climático regional,
modelo Eta, associado a quatro modelos de circulação global) e cenário de mudança de uso e
ocupação do solo (projetado considerando a expansão agrícola observada no período histórico
pelo modelo Dinâmica EGO). Por fim, estimou-se a variação na geração de energia elétrica nas
usinas hidrelétricas Camargos e Itutinga a partir da vazão diária simulada nos cenários futuros
considerando a operação das hidrelétricas pela energia firme associada a 5% de risco no período
histórico de cada modelo climático. Como resultados, na série histórica entre 1985 e 2015, a
variação do índice de aridez e da ocupação com áreas agrícolas na bacia hidrográfica foram as
variáveis que melhor representaram a variação do deflúvio de longo termo na bacia, em que o
aumento de áreas agrícolas se relaciona com a variação do deflúvio em seis de nove bacias
estudadas. Na análise de incertezas, considerando os parâmetros do modelo hidrológico (MHD-
INPE) na frente de Pareto, foram verificadas diferenças nos extremos de vazão diária simulada
e poucas variações foram verificadas na projeção futura do deflúvio de longo termo. O método
de Budyko tende a projetar maior deflúvio quando comparado ao MHD-INPE em anos com
maior precipitação, bem como menor deflúvio em anos com menor precipitação. Por fim, os
cenários de mudanças do clima indicam redução no deflúvio anual médio e, principalmente, na
magnitude das vazões mínimas com frequência de excedência maior que 95%.
Consequentemente, estima-se redução na geração de energia elétrica e no armazenamento de
água do reservatório de Camargos, com aumento das falhas no sistema. No cenário combinado
de expansão de agricultura de sequeiro com as mudanças climáticas, os impactos foram
verificados com menor magnitude, principalmente em condições de clima menos úmido devido
a restrições na transpiração das culturas sob estresse hídrico. Portanto, os impactos estimados para expansão da agricultura de sequeiro são mais amenos em cenários de clima mais críticos.
Abstract
Changes in climate and in land use land cover can cause important variations in the
hydrological regime. The headwater basins in regions with strong orographic effect are highly
strategic to satisfy the country's water demand. Considering this, the main objective of this work
is to evaluate the impacts on water resources in the Upper Rio Grande watershed from 1985 to
2015 and in future scenarios. Thus, this study intends to understand how changes in climate and
land use land cover can affect the water and energy security in the region. Initially, the impacts
related to climatic and anthropogenic factors on runoff observed between 1985 and 2015 were
separated by the Budyko curve decomposition method. Next, it was analyzed uncertainties
related to the parameters of the hydrological model estimated in the Pareto front from a multi-
objective optimization method (SPEA2) in the estimation of daily runoff. In addition,
uncertainties in the projection of long-term runoff by the following methods were analyzed:
Budyko curve and hydrological modeling (MHD-INPE). Thus, from the MHD-INPE
calibration, it was evaluated the hydrological impacts in future scenarios of climate change
(simulated by a regional climate model, Eta-model, associated with four global circulation
models) and a scenario of changes in land use land cover (projected considering the agricultural
expansion observed in the historical period using Dinamica EGO model). Finally, it was
estimated the variation in electricity generation for Camargos and Itutinga hydroelectric plants
from simulated daily discharge in the future scenarios considering the operation strategy in
hydroelectric plants to produce firm energy associated with 5% risk in the historical period of
each climate model. As a result, during the observed series between 1985 and 2015, variations
in aridity index and agricultural areas in the basin were the variables that best represented the
variation of the long-term runoff, where the increase of agricultural areas is related to runoff
reduction in six of nine sub-basins. In the analysis of uncertainties considering the parameters
of the hydrological model (MHD-INPE) in the Pareto front optimization, differences were
verified in the extremes of simulated daily flow and few variations were verified in the future
projection of the long-term runoff. Budyko's method tends to project higher runoff when
compared to MHD-INPE in years with higher precipitation, as well as lower runoff in years
with lower precipitation. At last, the climate change scenarios indicate a reduction in future
average annual runoff, especially in the magnitude of the minimum discharge with a frequency
of exceedance greater than 95%. Consequently, it is estimated a reduction in electricity
generation and water storage in the Camargos reservoir, with increase in system failures. In the
combined scenario of rainfed agriculture expansion and climate change, the impacts were
verified with lower magnitude, mainly in less umid climate conditions due to restrictions on
crop transpiration under water stress conditions. Therefore, the estimated impacts for the
expansion of rainfed agriculture are milder in more critical climate scenarios.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
MELO, P. A. Impactos das mudanças climáticas e da expansão agrícola na disponibilidade hídrica e geração de energia elétrica na bacia hidrográfica do Alto Rio Grande. 2023. 133 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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