Relações causais e persistências na dinâmica da disponibilidade hídrica para a formulação de modelos hidrológicos conceituais

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Calixto, Kalyl Gomes
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Conceptual hydrological model; Disponibilidade hídrica; Granger causality test; Guarani Aquifer System; Informação mútua; Modelo hidrológico conceitual; Mutual information; Remote sensing; Sensoriamento remoto; Sistema Aquífero Guarani; Teste de causalidade de Granger; Water availability
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18138/tde-10062021-112534/

O desenvolvimento e a aplicação de modelos hidrológicos com forte poder preditivo são uma das estratégias para orientar a formulação de políticas relacionadas ao controle e gerenciamento dos recursos hídricos e do uso do solo em direção à sustentabilidade. Um mundo em mudança, com incertezas climáticas e crescente população, requer estimativas confiáveis de disponibilidade de água sob uma variedade de cenários. Nessas estimativas, o conhecimento de dependências entre fluxos e armazenamentos de água pode ser necessário para preservar as consistências físicas e causais entre os processos. Embora essas dependências a curto e longo prazo sejam frequentemente identificadas, poucos estudos adotam essas características do sistema hidrológico para avaliação de modelos. O objetivo deste estudo é construir um modelo hidrológico conceitual concentrado para quantificar a disponibilidade hídrica de uma bacia instrumentada localizada em área de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. A precipitação e a evapotranspiração de referência (FAO-56) foram estimadas a partir dos dados monitorados em superfície e de métodos de interpolação espacial. O escoamento no curso de água foi estimado a partir de modelos de transformação de nível de água em vazão com parâmetros variáveis no tempo. O teste de causalidade de Granger e a informação mútua com defasagem foram avaliados e utilizados para caracterizar as dependências entre variáveis do sistema hidrológico no domínio temporal. O modelo conceitual foi desenvolvido a partir de resultados anteriores, em uma estrutura que permitiu a parametrização flexível dos fluxos dominantes. Índices de vegetação obtidos por sensoriamento remoto (enhanced vegetation index) foram incluídos no modelo para estimar a evapotranspiração real. O método de integração de Runge-Kutta com passo de tempo adaptativo foi utilizado para resolver o sistema de equações diferenciais do modelo. A calibração foi conduzida em uma abordagem multi-objetivo com o algoritmo NSGA-II. Os objetivos da calibração foram a reprodução da variabilidade de vazões e de armazenamento subterrâneo, avaliado a partir de níveis freáticos de poços de monitoramento. Os resultados obtidos foram satisfatórios e compatíveis com o de trabalhos anteriores, que utilizaram modelos mais complexos ou consolidados. Além disso, o modelo reproduziu adequadamente as dependências entre variáveis hidrológicas no domínio temporal.