INFLUÊNCIA DA CORRELAÇÃO TEMPORAL E DA MULTIPLICIDADE DE TESTES NA DETECÇÃO DE TENDÊNCIAS DE ÍNDICES DE CHUVA NO TERRITÓRIO BRASILEIRO

Dados diários de precipitação registrados em 2481 estações pluviométricas, com pelo menos 30 anos e espalhadas pelo território brasileiro, foram empregados para ilustrar como a presença de correlação temporal nas séries e o método empregado no controle do erro tipo 1, quando se realiza um conjunto de testes de hipóteses de forma simultânea numa região (multiplicidade), afetam os resultados de detecção de tendência monotônica. Apesar de conhecidos, esses fatores são frequentemente negligenciados em estudos dessa natureza, especialmente no Brasil. O objetivo é chamar a atenção da comunidade científica para esses fatores. Para lidar com a correlação temporal foram empregados os métodos Pre-Whitening e Trend-Free Pre-Whitening, enquanto que para a questão da multiplicidade, foi utilizado o controle baseado no False Discovery Rate (FDR). Os resultados mostraram que tanto a correlação temporal, quanto a questão da multiplicidade, se não forem consideradas na análise de detecção, podem distorcer de forma considerável o número de resultados identificados com presença de tendência, levando a uma interpretação equivocada da situação. Negligenciar esses fatores resulta sempre numa superestimativa do número de estações com tendência devido ao número elevado de falsas detecções, o que pode gerar decisões equivocadas na alocação de investimentos em estratégias de adaptação

Evaluation of methodology for determination of extreme values of hydrological variables: application of the conjugated method

A definição de valores máximos de variáveis hidrológicas na engenharia de recursos hídricos atua como ferramenta de extrema importância em vista de inúmeras aplicações práticas que se utilizam desses valores. Neste trabalho é apresentada uma revisão do estado da arte na definição de valores máximos de variáveis hidrológicas (metodologia estatística e determinística). Na metodologia estatística é mostrada uma avaliação conceitual e crítica, na qual é apresentado um exemplo numérico que demonstra as inconsistências ou falhas que caracterizam a necessidade de revisão nos conceitos. Na metodologia determinística é demonstrada as técnicas que definirão os valores da precipitação máxima provável e algumas considerações adicionais quanto à metodologia determinística, principalmente no que se refere às imprecisões dos valores determinados para a precipitação máxima provável/enchente máxima provável. A partir das conclusões sobre ambas as metodologias avaliadas é aplicado uma nova metodologia para determinação de valores máximos de projeto. Essa metodologia, denominada conjugada, resulta da combinação dos procedimentos atualmente usados: metodologia probabilística e determinística. Com o objetivo de caracterizar as importantes contribuições do método conjugado para engenharia, são apresentados alguns estudos de casos que procuram demonstrar a aplicabilidade prática do método e suas vantagens em detrimento aos métodos atuais. A conclusão é que o método conjugado representa um avanço em relação aos métodos atualmente utilizados, uma vez que é consistente com o fenômeno físico e permite atribuir probabilidades às variáveis hidrológicas, resultando em valores de projeto mais realista.The description of extreme values of hydrological variables in water resources engineering is an extremely importance tool for innumerable practical applications. This work provides a review of statistical and deterministic methods that are used to estimate extreme values of hydrological variables. A critical and conceptual evaluation of statistical methods is presented along with a numerical example that demonstrates the inconsistencies or imperfections of such methods, characterizing the necessity of revisions of these concepts. Deterministic methods to estimate the maximum probable precipitation are also presented and some additional considerations regarding the methodology are discussed, especially those concerned to the imprecise estimates of the maximum probable precipitation/flood. A new methodology to estimate extreme values of hydrologic variables for engineering projects is developed based upon conclusions about the evaluated methodologies. This new methodology is called conjugated, and results from the combination of the currently used statistical and deterministic procedures. In order to characterize the important contributions provided by the conjugated method, some case studies are presented as an attempt to demonstrate its practical applicability as well as its advantages over current methods. The conclusion is that the conjugate method represents an advance with respect to current methods because it is consistent with the physical phenomenon and it allows assigning probabilities to the hydrological variable, resulting in more realistic values to be employed in engineering projects

Uncertainties in hydrometeorological trends tests in decision making on adaptation measures

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, 2022.O melhor conhecimento dos prováveis riscos futuros, resultantes de eventuais mudanças nas variáveis hidrometeorológicas, desempenha um papel importante no processo de tomada de decisão, notadamente, na definição de estratégias de adaptação a serem implementadas pela sociedade. No entanto, o amplo entendimento dessas mudanças ainda apresenta grandes lacunas e desafios, que estão fortemente associados tanto à questão das incertezas inerentes aos testes de hipótese estatísticos utilizados, principalmente devido à existência da correlação temporal nas séries, como também à utilização desses testes no processo de tomada de decisão. Nesse sentido, o objetivo geral dessa Tese foi avaliar as incertezas resultantes da presença dessa correlação na detecção de tendências de séries hidrometeorológicas, incorporando essas incertezas na tomada de decisão para fins de adaptação. Foi desenvolvida uma abordagem, que possibilitou tornar efetiva a detecção da correlação temporal sob condições não estacionárias. Realizou-se uma ampla avaliação da efetividade do teste de Mann Kendall considerando essa característica. Os resultados indicaram que a presença da correlação temporal impacta significativamente a probabilidade do Erro Tipo I, induzindo uma falsa impressão de um aumento no Poder do teste. Foi demonstrado que a chance de superestimar uma eventual mudança pode ser muito alta (Erro Tipo M). Identificaram-se abordagens para lidar com essa questão da correlação em testes de tendência, tanto para a situação em que se busca não violar significativamente a probabilidade do Erro Tipo I como também para mitigar a probabilidade do Erro Tipo II. Avaliaram-se as evidências de mudanças nos índices de extremos hidrometeorológicos em todo o Brasil, considerando tanto questão da correlação temporal como também a questão da multiplicidade de testes. Os resultados desses estudos apontaram uma predominância de tendências significativas, cujos sinais de mudança indicam condições mais secas no Nordeste e partes do Norte do Brasil e condições mais úmidas no Sul e partes do Sudeste brasileiro. Foram avaliadas as incertezas do processo de decisão que envolvem as diferentes estratégias decisórias em testes de tendência, incluindo a abordagem da árvore de decisão que foi aprimorada nesta Tese. Por fim, essa abordagem foi utilizada para mapear quais os desempenhos mínimos que determinada medida de adaptação deveria apresentar, a partir de indicadores baseados em séries de vazões máximas e mínimas no Brasil, para que fosse indicada sua implementação. A interpretação dos resultados apresentados nessa Tese demonstra alguns desafios na aplicação dos testes de tendência sobre as séries hidrometeorológicas. Esses desafios residem, principalmente em, como estimar as incertezas oriundas da presença da correlação temporal e em sua incorporação no processo de tomada de decisão para definição de estratégias de adaptação no âmbito do planejamento de recursos hídricos.A better understanding of likely future risks resulting from eventual changes in hydrometeorological variables plays an important role in the decision-making process, notably, in the definition of adaptation strategies to be implemented by society. However, a broader understanding of these changes still presents major gaps and challenges, which are strongly associated with both the issue of inherent uncertainties to the statistical hypothesis tests used, mainly due to the existence of temporal correlation in the series, as well as the use of these tests in the process of decision making. In this context, the general objective of this thesis was to evaluate the uncertainties resulting from the presence of this correlation in the detection of trends in hydrometeorological series, incorporating these uncertainties in decision making for adaptation purposes. It was developed an approach that made it possible to effectively detect temporal correlation under non-stationary conditions. An extensive evaluation of the effectiveness of the Mann Kendall test was carried out considering this characteristic. The results indicated that the presence of temporal correlation significantly impacts the probability of Type I Error, inducing a false feeling of increasing in the test power. It has been shown that the possibility of overestimating an eventual change can be very elevated (Type M Error). Several approaches were identified to deal with this issue of correlation in trend tests, considering the searches to, simultaneously, not significantly violate the Type I Error probability and to mitigate the Type II Error probability. Evidence of changes in hydrometeorological extremes indices throughout Brazil were evaluated considering both temporal correlation and test multiplicity questions. The results of these studies showed a predominance of significant trends whose signs of change indicate drier conditions in the Northeast and northern parts of Brazil and wetter conditions in the South and parts of the Southeast of Brazil. The uncertainties of the decision process involving the different decision-making strategies in trend tests were evaluated, including the decision tree approach that was improved in this thesis. Finally, this approach was used to map the minimum performances that a given adaptation measure should present in a series of maximum and minimum streamflows in Brazil so that its implementation could be recommended. The results presented in this thesis demonstrate some challenges in the application and interpretation of the trend tests results to hydrometeorological series, mainly related to how to estimate the uncertainties in the presence of temporal correlation and its incorporation in the decision-making process to define adaptation strategies within the water resources planning scope

Uso dos modelos previvazm e previvaz para previsão de afluências mensais aos aproveitamentos hidroelétricos tucuruí e curuá-una

<p><span>&lt;doi&gt;10.12957/cadest.2009.15744</span></p><p><em>O planejamento da operação de aproveitamentos hidroelétricos envolve a obtenção e previsões de afluências para diferentes horizontes e discretização temporal. Em tempo real podem ser necessárias previsões a nível horário para o horizonte de 24 horas, enquanto que para um planejamento de médio prazo utiliza-se a previsão de afluências mensais com horizonte de alguns meses, sendo o maior interesse na previsão para o próximo mês. Para o último caso, a abordagem de modelagem clássica, consiste em se adotar um modelo estatístico que considere os efeitos da sazonalidade climática e da tendência hidrológica, como é o caso dos modelos auto-regressivos e média móvel adotados nos modelos PREVIVAZM e PREVIVAZ. Este artigo apresenta um estudo do uso do modelo PREVIVAZM para prever as afluências mensais um passo a frente para os aproveitamentos hidroelétricos de Tucuruí e Curuá-Una acoplado ao uso do PREVIVAZ para completar o total afluente do mês em curso.</em></p