PREVISÃO HIDROCLIMÁTICA DE VAZÕES NA BACIA DO RIO SÃO FRANCISCO

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1 PREVISÃO HIDROCLIMÁTICA DE VAZÕES NA BACIA DO RIO SÃO FRANCISCO

2 OBJETIVOS Melhorar a Previsão hidroclimática de curto e longo prazo 1. Avaliar as previsões hidroclimáticas de vazões afluentes aos reservatórios hidrelétricos na bacia do rio São Francisco; 2. Comparar esses resultados com as previsões utilizadas atualmente; 3. Avaliar as tendências climáticas e hidrológicas de longo prazo; 4. Consolidar as metodologias desenvolvidas nos estudos de na bacia do rio Uruguai; 5. Propor a a operacionalização.

3 PREVISÃO DE VAZÃO PREVISÃO DE VAZÃO: Estimativa de valores de vazão para um intervalo de tempo específico no futuro Previsão de Curto Prazo: Antecedência de poucas horas até 14 dias; PREDIÇÃO DE VAZÃO: Estimativa de condições futuras de vazão sem um tempo específico. Estudos de cenários; Ex.: vazão para um tempo de retorno. Previsão de Longo Prazo: Antecedência de até 9 meses.

4 Previsão Hidrológica de curto prazo Com base em rio a Montante; Com base na precipitação; Com base na combinação dos anteriores.

5 Previsão Hidroclimática de curto prazo Previsão da precipitação com base em modelo meteorológico Global e regional A precipitação é utilizada com entrada no modelo hidrológico para previsão da vazão nos rios

6 Previsão de Longo Prazo Modelo Climático Global ou regional prevê a precipitação, temperatura e outras variáveis climáticas Correções relativas do modelo global pode ser necessárias; A precipitação, e variáveis climáticas são as entradas dos modelos hidrológicos para previsão de vazão e outra variável, como umidade do solo Previsões limitada a valores médios semanais ou mensais; Potencial com relação a previsão estatística quando a sazonalidade e a memória da bacia é pequena. O modelo estatístico se baseia no passado da bacia para prever o futuro e o modelo hidroclimático se baseia no passado recente do globo para prever o futuro

7 ANTECEDENTES Previsão de Longo Prazo no rio Uruguai Previsão de longo Prazo na bacia do rio Uruguai (trecho da bacia no território brasileiro, ~80 mil km 2 ) Numa bacia com pequena memória e sem sazonalidade o modelo climático CPTEC + modelo hidrológico distribuído de grandes bacias reduziu o erro de previsão de 3 meses de antecedência em 33% com relação aos modelos existentes Projeto para ANEEL desenvolvido entre 2001 e 2002 por IPH, USP e CPTEC Km RIO IBICUI RIO URUGUAI G 0 RIO PEPERI-GUACU RIO CHAPECO E S C A L A RIO URUGUAI Km RIO IJUI RIO PIRATINI A R G E N T I N A F RIO ICAMAQUA R I O G R A N D E D O S U L E D C RIO DO PEIXE S A N T A C A T A R I N A B RIO DA V'ARZEA A RIO CANOAS RIO PELOTAS U R U G U A I

8 Previsão de Longo prazo no rio Uruguai calculado observado O ajuste do modelo foi realizado em vários locais da bacia Vazão (m3/s) A previsão hidroclimática produziu redução do erro de previsão com 3 a 6 meses de antecedência de 33% a nível mensal e 54% a nível trimestral /01/94 01/02/94 01/03/94 01/04/94 01/05/94 01/06/94 01/07/94 01/08/94 01/09/94 01/10/94 01/11/94 01/12/94

9 Modelos utilizados para previsão de curto prazo Modelos e determinísticos estocásticos existentes operados pela ONS; Modelo Global que gera a malha para o modelo regional ETA (40km) com entrada para o modelo hidrológico de grandes bacias

10 PREVISÃO NUMÉRICA DE PRECIPITAÇÃO MODELOS GLOBAIS

11 PREVISÃO NUMÉRICA DE PRECIPITAÇÃO MODELOS REGIONAIS (Downscaling)

12 MODELOS HIDROLÓGICOS CONCEITUAIS MODELO DE GRANDES BACIAS (MGB-IPH) Modelo distribuído Utiliza grade regular de células (+ - 10x10 km) Utiliza intervalo de tempo diário ou menor Representa variabilidade interna das células Desenvolvido para grandes bacias (> 10 4 km 2 )

13 Características Blocos que caracterizam tipos e usos do solo Para cada célula podem existir todos os blocos Balanço vertical de fluxo em cada bloco dentro de cada célula Água Floresta + Pastagem Agricultura + Floresta Floresta Floresta em solo raso Pastagem Pastagem em solos rasos Agricultura + Pastagem

14 Uso do Modelo Hidrológico no Brasil Utilizado em cerca de 20% do território brasileiro Aplicações para previsão principalmente, simulação de comportamento, avaliação do uso do solo e extensão de séries

15 Metodologia Previsão de Curto Prazo Previsão de tempo Condições atmosféricas observadas Previsão Hidrológica Atualização das variáveis de estado do modelo hidrológico Modelo Global CPTEC Condições de contorno para o modelo regional Modelo Regional ETA Previsões diárias de precipitação para até 10 dias Modelo hidrológico MGB- IPH, previsões de vazão diária para até 28 dias Vazões observadas até o início da previsão Vazão prevista Vazões semanais para até 4 semanas de antecedência Uso operacional pelo sistema hidrelétrico

16 Metodologia Previsão de Longo Prazo Previsão climática Condições atmosféricas observadas Previsão Hidrológica Modelo Global CPTEC Previsões de precipitação com alcance de até 6 meses Modelos regionais ETA e BRAMS Aumento da resolução espacial das previsões Correção de erros sistemáticos Atualização das variáveis de estado do modelo hidrológico Modelo hidrológico MGB- IPH Previsões de vazão diária para até 6 meses Vazões observadas até o início da previsão Vazão prevista Vazões médias mensais (até 6 meses) Uso operacional pelo sistema hidrelétrico

17 Atualização do modelo hidrológico Entradas Pt, Qt θi Modelo F[ Pt,Qt, θi] Modulo de simulação Saída Q(t+dt) Novo intervalo de tempo Atualização dos parametros ou state variáveis de estado Módulo de adaptativo Registro Q(t+dt)

18 Grupo de simulações O modelo climático para considerar as incertezas das condições iniciais utilizam do chamado emsemble que são cerca de 25 simulações com condições iniciais variáveis A metodologia consiste em selecionar um grupo mais provável destas simulações da ordem de 5 e utilizar como entrada no modelo hidrológico; Serão geradas da ordem de cinco séries de vazões e utiliza-se os valores esperados destas vazões

19 Modelos atmosféricos e Períodos de Previsão

20 Modelo Empírico Baseado nas correlações entre as séries de vazões naturais dos aproveitamentos do rio São Francisco e a temperatura da superfície do mar (TSM) dos oceanos Atlântico e Pacífico. Período de previsão: 1997 a 2003 Antecedência: 1 a 12 meses

21 Discretização Hidrológica Sobradinho Resolução 0,2º (20 km) Três Marias Resolução 0,1º (10 km)

22 Tipo e uso do solo na bacia Foram definidos os blocos com base em informações de satélites, estudos regionais e verificação em campo de parte da área

23 Ajuste do Modelo Hidrológico Três Marias

24 Ajuste do Modelo Hidrológico Sobradinho

25 Discretização do modelo Global Model CPTEC/COLA; 200km grid

26 Previsão de Precipitação O modelo climático subestimou a precipitação regional em termos absolutos Os resultados não são ruins em termos relativos m1 m2 m3 m4 m5 obs M OND 1997 NDJ DJF JFM 1998 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 1999 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2000 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2001 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2002 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2003 FMA Precipitação (mm/dia) m1 m2 m3 m4 m5 OBS M OND 1997 NDJ DJF JFM 1998 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 1999 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2000 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2001 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2002 FMA MAM AMJ MJJ JJA JAS ASO SON OND NDJ DJF JFM 2003 FMA mm/dia

27 Avaliação de 9 anos numa parte da bacia 800 Chuva total mensal (mm) Observado Climatologia do modelo (9 membros) Climatologia média do modelo jan/82 jan/83 jan/84 jan/85 jan/86 jan/87 jan/88 jan/89 jan/90 jan/91

28 Correção estatística Observado Climatologia do modelo Chuva mensal (mm) Valor previsto Valor corrigido Probabilidade

29 Previsão de Precipitação nas subbacias Chuva mensal (mm) Três Marias antecedência de 1 mês Três Marias - 1 mês Observado "Ensemble" (5 membros) Previsão média 0 out/97 abr/98 out/98 abr/99 out/99 abr/00 out/00 abr/01 out/01 abr/02 out/02 Chuva acumulada (mm) Sobradinho antecedência de 3 meses Observado Previsão média Sobradinho - 3 meses 0 out/97 abr/98 out/98 abr/99 out/99 abr/00 out/00 abr/01 out/01 abr/02 out/02 abr/03

30 Previsão em Três Marias 1 meses 2 meses

31 Previsão de Longo Prazo MGB e Modelos regionais ETA e BRAMS Três Marias Sobradinho

32 Previsão de Longo Prazo MGB/Global e Modelo Empírico Três Marias Sobradinho

33 Previsão de Curto Prazo Três Marias

34 Previsão de Curto Prazo Sobradinho

35 CONCLUSÕES As conclusões se baseiam no período de análise e aplicável na bacia. A previsão hidroclimática de curto prazo mostrou melhor resultado e mostra-se como uma metodologia promissora A previsão de longo prazo apresentou resultados promissores e necessite de um aprofundamento maior nos modelos climáticos, principalmente nos modelos regionais

36 CONCLUSÕES O modelo Empírico foi inferior modelo hidroclimático global, mas pode melhorar para antecedência maiores, no entanto necessita maior aprimoramento O modelo hidroclimático Global/MGB apresentou ganhos na previsão do período chuvoso do racionamento 2000/2001, Entretanto, previu eventos semelhantes para 2001/2002 e 2002/2003, que não ocorreram

37 RECOMENDAÇÕES (a) implementação operacional do modelo de curto prazo, com informações transmitidas na Internet para usuários da bacia do rio São Francisco (b) avaliação do ganho energético de curto prazo com as previsões deste tipo de modelo (c) Quanto à previsão de longo prazo verifica-se que apesar dos resultados ruins dos modelo regionais existe potencialidade de melhorar as previsões, da mesma forma que a nova geração de modelos climáticos poderá mostrar um benefício maior (d) Além disso, é necessário verificar qual é o resultado econômico e energético destas previsões nos outros modelos do setor elétrico.