Análise do rompimento hipotético da Barragem de Ernestina-RS

As barragense os reservatórios são projetados considerando um risco de falha. As consequências de uma falha devem ser avaliadas, como parte do projeto de uma barragem e também para barragens já existentes, com o objetivo de diminuir os riscos a que está exposta a população. Este estudo buscou revisar aspectos relevantes do impacto do rompimento de uma barragem, avaliar as incertezas envolvidas quando se utilizam modelos matemáticos como ferramenta básica, e desenvolver a análise para o reservatório de Ernestina, no rio Jacuí, no Rio Grande do Sul. O modelo simplificado SMPDBK e o modelo hidrodinâmico DAMBRK, do National Weather Service (Serviço meteorológico), dos E.U.A., utilizados como metodologia básica, são descritos em todos os aspectos relevantes à simulação do rompimento de barragens. Os modelos SMPDBK e, mais profundamente, DAMIBRK foram comparados, testados e aplicados ao caso do rompimento hipotético da barragem de Ernestina. Foi realizada uma análise de sensibilidade dos resultados do modelo DAMBRK a diversos parâmetros e hipóteses de representação matemática. O rompimento hipotético da barragem de Ernestina foi analisado, desde a probabilidade do seu acontecimento, até a estimativa preliminar da população atingida e dos seus prquízos. O modelo SMPDBK apresentou resultados razoáveis frente ao modelo DAMBRK. Os resultados do modelo DAMBRK mostraram-se especialmente sensíveis ao tamanho máximo que a brecha atinge no seu desenvolvimentoe ao nível da água no interior do reservatório quando se inicia o rompimento. O tempo de formação da brecha e a rugosidade do leito do rio também se revelaram importantes. Os resultados preliminares mostraram que o rompimento hipotético de Ernestina deve atingir diretamente as residências de cerca de 800 habitantes. Aproximadamente 600 hectares de terra cultivada devem ser atingidos e pelo menos quatro pontes sobre o rio Jaçuí devem ser destruídas. As barragens de Passo Real e Maia Filho, bem como todo o sistema de geração de energia do rio Jacuí, não devem sofrer conseqüências.Dams and reservoirs are designed assuming a level of risk. Consequentes of the failure of a new dam must be taken into account as part of its design and, for existing dams, as a means to lower the risk it poses to the population. This work reviewed relevant aspects of dam break analysis, availed the uncertainty when using a mathematical modeling technique and developed a dam break analysis for the Ernestina dam, on Jacuí River, Rio Grande do Sul. The simplified mathematical modem SMPDBK and the hydrodynamic model DAMBRK, both from National Weather Service, U.S.A ., were used as the basic methodology, and are described in all aspects relevant to dam break analysis. Both models, especially DAMBRK, were compared, tested ad applied to the hypothetical ruptura of Ernestina dam. The sensitivity of DAMBRK to many parameters and mathematical representation analysis was analyzed. The hypothetical failure of Ernestina dam was analyzed, from the failure risk to a preliminary estimate of the endangered population. Results of the SMPDBK model were reasonable as compared to DAMBRK's. DAMBRK results showed great sensitivity to maximum breach width and initial reservoir water level. A little lower, but also important, was the sensitivity of DAMBRK to breach formation time interval and river boundary friction. According to the preliminary results, the hypothetical Ernestina dam failure will cause direct damages to the houses of 800 people. Near 600 hectares of agriculture land will be submerged and almost tour bridges will be destroyed. The downstream located dams, Passo Real and Maia Filho, and the whole Jacuí Generation System, will not be damaged

Cenários de mudanças climáticas na disponibilidade hídrica na bacia hidrográfica transfronteiriça da Laguna dos Patos

The decision-making processes involving water resources in Brazil and in neighboring countries have been based solely on analyses of the historical behavior of hydroclimatological variables. However, this may lead to inappropriate strategies in regards to the use of natural resources, since the impact of future climate change may significantly affect the availability of water resources. This study proposes an analysis of the variation in water availability of basins within the Patos Lagoon contribution area, which may be a consequence of climatic changes predicted by CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5) models, published in the most recent International Panel on Climate Change (IPCC) report. Two 30-year periods were simulated, from 2006 to 2035 and from 2051 to 2080, through the MGB-IPH hydrological model, considering two extreme greenhouse gas scenarios and twenty climate change models. A tendency of increase of the flows was verified in the simulated basin, since over 60% of the simulations indicated some percentage of average flow increase across all discretized modeling units. The analysis of the simulation results indicated that the data from climatic models HadGEM2-ES and GFDL-CM3 used as input in the hydrological model are the ones that respectively provide upper and lower flow thresholds for the ensembled simulations. A joint evaluation of the results generated by these two models, associated with the scenario of high greenhouse gas emissions, is capable of covering extreme flow scenarios making predictions considering climate change in the Patos Lagoon’s basin. Whereas the results provided by bcc-csm1, BNU-ESM and CNRM-CM5 are similar to the median of the ensemble of simulations generated by all models evaluated in this research. In addition, the northernmost region of the study area was identified as having the highest sensitivity to climate change, as projected by global models of CMIP5 published in AR5.Os processos de tomada de decisão que envolvem recursos hídricos no Brasil e países vizinhos vêm se baseando unicamente em análises do comportamento histórico de variáveis hidrológicas e climatológicas. Entretanto, isto pode levar a estratégias equivocadas relacionadas ao uso dos recursos naturais, pois o impacto das mudanças climáticas no comportamento das vazões futuras pode alterar consideravelmente a disponibilidade de recursos hídricos. Na presente pesquisa foi realizada uma análise da variação das disponibilidades hídricas de bacias hidrográficas contidas na área de contribuição à Laguna dos Patos, Rio Grande do Sul - Brasil, e Uruguai, que pode ser consequência das mudanças climáticas previstas por modelos globais do CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project Phase 5), publicados no mais recente relatório do IPCC (International Panel on Climate Change). Dois períodos futuros de 30 anos foram simulados, de 2006 a 2035 e de 2051 a 2080, utilizando o modelo hidrológico MGB-IPH, considerando dois cenários extremos de emissões de gases de efeito estufa e vinte modelos climáticos. Foi possível verificar uma tendência de aumento das vazões na bacia hidrográfica simulada, pois mais de 60% das simulações realizadas indicou algum percentual de aumento de vazões médias em todas as unidades de discretização modeladas. A análise dos resultados das simulações indicou que os dados dos modelos climáticos HadGEM2-ES e GFDL-CM3 utilizados como dados de entrada no modelo hidrológico são os que fornecem, respectivamente, limiares superiores e inferiores de vazão do conjunto de resultado simulados. A avaliação conjunta dos resultados gerados por estes dois modelos, associados ao cenário de altas emissões de gases de efeito estufa, é capaz de gerar cenários extremos de vazões que são projetados para o futuro considerando as mudanças climáticas na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos. Já os resultados fornecidos pelos modelos bcc-csm1-1, BNU-ESM e CNRM-CM5 são similares à mediana do conjunto das simulações geradas por todos os modelos avaliados nesta pesquisa. Além disso, a região mais ao norte da área de estudo foi identificada como as que apresenta maior sensibilidade às mudanças climáticas projetadas pelos modelos globais do CMIP5

Verification of inflow into hydropower reservoirs using ensemble forecasts of the TIGGE database for large scale basins in Brazil

Study region This paper describes a major ensemble-forecasts verification effort for inflows of three large-scale river basins of Brazil: Upper São Francisco, Doce, and Tocantins Rivers. Study focus In experimental scenarios, inflow forecasts were generated forcing one hydrological model with quantitative precipitation forecasts (QPF) from three selected models of the TIGGE database. This study provides information on the regional ensemble performance and also evaluates how different QPF models respond for the different basins and what happens with the use of combined QPF in a greater ensemble. New hydrological insights for the region This work presents one of the first extensive efforts to evaluate ensemble forecasts for large-scale basins in South America using TIGGE archive data. Results from these scenarios provide validation criteria and confirm that ensemble forecasts depend on the particular EPS used to run the hydrological model and on the basin studied. Furthermore, the use of the Super Ensemble seems to be a good strategy in terms of performance and robustness. The importance of the TIGGE database is also highlighted

Estimando hidrogramas de projeto em escala de bacia : de simulações de eventos a simulações contínuas

Design hydrographs are widely used in practical hydrologic engineering problems. Typical applications adopt event-based (EBM) methods, using rainfall-runoff models to convert design hyetographs into design hydrographs. Uncertainties include the definition of antecedent conditions and the assumption of equivalence between hyetograph and hydrograph return periods. An alternative is to use continuous simulation (CSM) methods, by forcing a rainfall-runoff model with long precipitation series, and directly analyzing the output discharges. To better understand uncertainties in the EBM method and differences between CSM and EBM ones, we applied a hydrological model in the Itajaí-Açu river basin to compare a CSM method with 730 different simulations of an EBM one, considering different basin antecedent conditions and design hyetographs (10- and 50-years). Results indicated that the EBM method leads to a large range of design discharges depending on the antecedent condition. CS-based 10- and 50-years maximum discharges corresponded to percentiles between 30% and 50% of the EBM estimates. Higher discharge variation occurred in sub-basins with larger maximum soil water storage. Our conclusions agree with the literature, which points towards CSM-based methods to estimate design discharges.Hidrogramas de projeto são amplamente utilizados em engenharia hidrológica. Típicas aplicações adotam métodos baseados em eventos (EB), utilizando modelos chuva-vazão para converter hietogramas de projeto em hidrogramas. Incertezas incluem a definição de condições antecedentes e a premissa de equivalência entre tempos de retorno da chuva e hidrograma de projeto. Uma alternativa é utilizar métodos de simulação contínua (CS), forçando um modelo chuva-vazão com longas séries de precipitação e analisando diretamente as vazões estimadas. Para melhor compreender as incertezas e diferenças entre os métodos EB e CS, neste estudo aplicou-se um modelo hidrológico na bacia do rio Itajaí-Açu, sendo comparados um método tipo CS com 730 diferentes simulações do tipo EB, variando condições antecedentes e hietogramas de projeto (10 e 50 anos de tempo de retorno). Os resultados indicaram que vazões de projeto muito variadas podem ser obtidas com o método EB, sugerindo uma grande incerteza deste. Vazões máximas de 10 e 50 anos baseadas no método CS corresponderam a percentis entre 30% e 50% das estimativas via EB. Por fim, uma maior variação de vazões máximas ocorreu em sub-bacias com maior máximo armazenamento de água no solo

Assimilação de dados por filtro de Kalman por conjunto em um modelo hidrológico distribuído na bacia do rio Tocantins, Brasil

Neste trabalho, o método de assimilação de dados por filtro de Kalman por conjunto (EnKF) é aplicado na bacia do rio Tocantins. Esse método atualiza as vazões do rio usando um modelo hidrológico distribuído. O desempenho de EnKF é também comparado com um método de assimilação empírico a intervalos de tempo horário, onde duas aplicações baseadas em transferência de informação de locais monitorados para não monitorados e previsão de vazão em tempo real são avaliadas. Na primeira aplicação, ambos os métodos de assimilação de dado conseguem transferir vazões a outros locais não monitorados, obtendo melhores resultados quando mais de uma estação localizada a montante ou a jusante da bacia são monitoradas. Na segunda aplicação, a integração de um modelo de previsão com EnKF consegue absorver os erros no início da previsão. Dessa forma, uma maior eficiência no índice de Nash-Sutcliffe para as primeiras 144 horas de antecedência é encontrada quando se compara com os resultados do modelo sem assimilação. Finalmente, a comparação entre os métodos de assimilação de dados no modelo de previsão mostra uma maior vantagem a favor de EnKF em maiores horizontes de previsão.In this work, the data assimilation method namely ensemble Kalman filter (EnKF) is applied to the Tocantins River basin. This method assimilates streamflow results by using a distributed hydrological model. The performance of the EnKF is also compared with an empirical assimilation method for hourly time intervals, in which two applications based on information transfer from gauged to ungauged sites and real time streamflow forecasting are assessed. In the first application, both assimilation methods are able to transfer streamflow to ungauged sites, obtaining better results when more than one station located upstream or downstream of the basin are gauged. In the second application, integration of a real time forecast model with EnKF is able to absorb errors at the beginning of the forecast. Therefore, a greater efficiency in the Nash-Sutcliffe index for the first 144 hours in advance in relation to its counterpart without assimilation is obtained. Finally, a comparison between both data assimilation methods shows a greater advantage for the EnKF in long lead times