ESTUDO DOS EFEITOS DAS MUDANÇAS GLOBAIS NA BACIA DO RIO MADEIRA

BOLSISTA PCI-DD/INPE: JOSÉ LÁZARO DE SIQUEIRA JÚNIOR

SUPERVISOR : DANIEL ANDRÉS RODRIGUEZ

COLABORADOR: JAVIER TOMASELLA

Motivação

O Rio Madeira é dotado de riquezas essenciais à sociedade, seja por meioda navegação, irrigação de cultivos agrícolas, produção de energia elétricae o desenvolvimento de atividades econômicas.

A influência das mudanças climáticas podem impactar a respostahidrológica na bacia termos de disponibilidade hídrica, sazonalidade efrequência de eventos extremos.

Objetivos

Geral: Avaliar de que maneira as mudanças ambientais globais

afetam os recursos hídricos na bacia do Rio Madeira.

Específicos: Estudar os processos hidrológicos em macro-bacias na

região Amazônica, em particular na bacia do Rio Madeira;região Amazônica, em particular na bacia do Rio Madeira; Aplicar o modelo hidrológico distribuído de grande escala

(MHD-INPE) na bacia do Rio Madeira, para estudos demudanças no uso e cobertura do solo e cambio climático.;

Avaliar os cenários de mudanças climáticas dos períodos2011-2040, 2041-2070, 2071-2099 sobre os recursoshídricos superficiais;

Mensurar os efeitos das mudanças climáticas e no uso ecobertura da terra na resposta hidrológica da bacia.

Área de Estudo

Drenagem :1.420.000 km2

Precipitação média anual:1.834 mm Vazão média anual: 31.704 m3 s-1.

Metodologia: Implementação e Calibração do Modelo Hidrológico

Transpiration

VegetationLand use

10i

Fractional area: f = a i/ A T

A sat

c

cmin

λ

ci

cti

cmax

Saturated contributed

areas

Canopy Surface and

subsurface

Quickflow and Baseflow routed to the edge of the

gridcell

VegetationLand use

lnλ

MHD-INPE

Surface flow

Subsurface flowBaseflow

Transpiration

Rainfall

Deep

drainage

Fractional area: f = a i/ A TCanopy

Evaporation

Evaporation

subsurface flows

Baseflow

Flow routed from cell to cell to

network outlet

Time

Discharge

Runoff separation River Routing

10i

Fractional area: f = ai / AT

c

cmin

cmax

λi

ci

Asat / AT

c(t)i

Resultados da Calibração: 1970 - 1990

Metodologia:Impactos das Mudanças Climáticas nos Recursos Hídricos

Projeções Climáticas

Projeções do modelo regional Eta-CPTEC: HadCM3 - Cenário de emissões A1B do IPCC – AR4;

CTL (M1) LOW (M2) MID (M3) HIG (M4) HIG (M4)

Modelos Climáticos Globais: Caminhos Representativos de Concentração (RCP) 4.5

IPCC – AR5: MIROC5 (MR5) CSIRO-MK3 3.6.0 (CSR) IPSL-CMSA-LR (IPS) MOHC-HADGEM2-ES (HD2)

Metodologia Correção de Erros Sistemáticos

Metodologia Correção de Erros Sistemáticos

OBSERVADO

RCM - HISTORICO

RCM - FUTURO

Correção de Erros Sistemáticos

Percentil-Percentil: PDFs Empíricas (Bardossy e Pegram 2011)

Período: 1970 - 1990

Projeções de Câmbio Climático

2011-2040 2041-2070

2071-2099

Projeções de Câmbio Climático

2011-2040 2041-2070

2071-2099

Histórico: Uso e Cobertura do Solo

1970 a 1990: Leite et al.(2010).

Ex.: Uso da Terra Total, ano de1995.Total, ano de1995.

Cenários: Uso e Cobertura do Solo

2011 a 2099: Soares-Filho et al. (2005): Business as usual

Floresta

Ex.: em 2050

Floresta

Cerrado

Pastagem

Cenários: Uso e Cobertura do Solo

2011 a 2099: Soares-Filho et al. (2005): Business as usual

Descritores das Curvas de Duração de Descargas

Índices que serão analisados:

QSM: é a inclinação da FDC (flow duration curve) no intervalo médio

MWL: representa as descargas mínimas

MWH: representa as descargas máximas

h = 1, 2, ...H vazões que superam as probabilidades: < 0.05l = 1, 2, ...L vazões que superam as

probabilidades: 0.7 - 0.95

Descritores das Curvas de Duração de Descargas

Índices que serão analisados:

QSM: é a inclinação da FDC (flow duration curve) no intervalo médio

MWL: representa as descargas mínimas

MWH: representa as descargas máximas

h = 1, 2, ...H vazões que superam as probabilidades: < 0.05l = 1, 2, ...L vazões que superam as

probabilidades: 0.7 - 0.95

Impactos nas Vazões: Faz. Vista Alegre

Mudanças Climáticas Mudanças no Uso do Solo

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWL

-70

-20

30

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWL

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWH

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

QSM

-70

-20

30

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

QSM

-70

-20

30

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWH

Impactos nas Vazões: Santo Antônio

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWLMudanças Climáticas Mudanças no Uso do Solo

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWL

-50

-25

0

25

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M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

MWH

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

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[%]

MWH

-50

-25

0

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M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

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[%]

QSM

-50

-25

0

25

50

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

[%]

QSM

Energia Firme

A energia firme de uma usina hidrelétrica correspondeà máxima produção contínua de energia que pode serobtida, supondo a ocorrência da seqüência mais secaregistrada no histórico de vazões do rio onde ela estáinstalada (ANEEL, 2005).

E [MW ] = 0,0088 x H x QEf [MWm] = 0,0088 x Hm x Qm

Onde:

Ef = Energia firme em Mega-Watts médios;

Hm = Queda Líquida média [metros];

Qm = Vazão Líquida média [metros cúbicos por segundo].

0,0088 = Coeficiente correspondente ao produto da massa especifica daágua (1.000kg/m³), pelos rendimentos da turbina (0,93) e do gerador(0,97), pela aceleração da gravidade (9,81m/s²) e pelo fator 10-6 quepermite expressar a energia em MW médios.

Impactos na Energia Firme: Santo Antônio

Mudanças Climáticas Mudanças no Uso do Solo

25%

50%

Var

iab

ilid

ade

Energia Firme

25%

50%

Var

iab

ilid

ade

Energia Firme

-50%

-25%

0%

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2

Var

iab

ilid

ade

-50%

-25%

0%

M1 M2 M3 M4 MR5 CSR IPS HD2V

aria

bil

idad

e

Conclusões

Os cenários de mudanças climáticas afetam as descargas no bacia do RioMadeira, principalmente as descargas mínimas (MWL).

As projeções sob mudanças climáticas sugerem, em geral, redução dasdescargas mínimas na estação Porto Velho (usina de Santo Antônio). Coma inclusão dos cenários de alterações do uso do solo - LUCC, os impactosapresentam maior variabilidade entre os modelos. Em relação asdescargas máximas (MWH), não há concordância entre as projeções sob oefeito das mudanças climáticas. Quando os cenários de LUCC sãoefeito das mudanças climáticas. Quando os cenários de LUCC sãoincluídos, um aumento das descargas máximas é indicado pela maioriadas projeções.

Os resultados apresentam uma grande variabilidade entre modelos, queprovém das incertezas inerentes a cada um deles e à cadeia de modelosutilizadas para o estudo de impactos. Esta variabilidade pode limitar odesenvolvimento de políticas baseadas na identificação de soluçõesótimas, mas ainda permite uma exploração de potencialidades do sistema,através das análises das incertezas.

Trabalhos/Publicações: 2011-2013

1. SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; TOMASELLA, J.; RODRIGUES, D.A. Impacts of global and regional land useand land cover changes in the hydrological regime of the Madeira River basin. Climatic Change – Empreparação 2013.

2. SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; RODRIGUES, D.A. ; TOMASELLA, J. ; LOPES, L. G. ; VON RANDOW, R. C. .Mudanças globais e seus impactos sobre o regime hidrológico na bacia do Rio Madeira. In: XX SimpósioBrasileiro de Recursos Hídricos, 2013, Bento Gonçalves. Água - Desenvolvimento Econômico eSustentável, 2013.

3. SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; Rodrigues, D.A. ; TOMASELLA, J. ; LOPES, L. G. . Mudanças globais e seusimpactos sobre o regime hidrológico na bacia do Rio Madeira. In: CONCLIMA, 2013, São Paulo.impactos sobre o regime hidrológico na bacia do Rio Madeira. In: CONCLIMA, 2013, São Paulo.Conferência Nacional de Mudanças Climáticas, 2013.

4. MOHOR, G. S.; RODRIGUES, D.A.; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L.. Estudo dos impactos hidrológicos pormudanças climáticas na bacia do Tapajós. In: CONCLIMA, 2013, São Paulo. Conferência Nacional deMudanças Climáticas, 2013.

5. RODRIGUES, D.A. ; LOPES, L. G. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. . Uncertainties in hydrological extremesprojections and its effects on decision-making processes in an Amazonian sub-basin. In: EuropeanGeosciences Union General Assembly 2013, 2013, Austria. European Geosciences Union GeneralAssembly 2013, 2013.

6. TOMASELLA, J. ; RODRIGUES, D.A. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; PRADO, M. C. R. . On the impacts ofclimate change on the hydrological regimes in Amazon tributaries. In: Planet Under Pressure, 2012,London. Planet Under Pressure, 2012.

7. LOPES, L. G. ; RODRIGUES, D.A. ; GONÇALVES, A. S. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. . Estudos dos efeitosdas mudanças globais em vazões médias e extremas na bacia do Rio Madeira. In: IPCC SREX RegionalOutreach Meeting, 2012, 2012, São Paulo. IPCC SREX Regional Outreach Meeting, 2012, 2012.

Trabalhos/Publicações: 2011-2013

8. LOPES, L. G. ; RODRIGUES, D.A. ; GONÇALVES, A. S. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. . Estudos dosefeitos das mudanças globais em vazões médias e extremas na bacia do Rio Madeira. In: Seminário deIniciação Científica e Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, 2012, São José dosCampos. Seminário de Iniciação Científica e Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação,2012.

9. VON RANDOW, R. C. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; Rodrigues, D.A. ; TOMASELLA, J. . Modeling thehydrological effects of secondary forest growth in abandoned deforested areas in Amazonia. In: AGUFall Meeting 2012, 2012, San Francisco. AGU Fall Meeting 2012, 2012.

10.CUARTAS, L.A. ; BORMA, L.S. ; NOBRE, A.D. ; RODRIGUES, D.A. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ;10.CUARTAS, L.A. ; BORMA, L.S. ; NOBRE, A.D. ; RODRIGUES, D.A. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ;PRADO, M. C. R. ; TOMASELLA, J. . Distributed Macro-scale Hydrological Modeling in RainforestCatchments in Amazonia using the HAND Model. In: European Geosciences Union General Assembly2011, 2011, Vienna. European Geosciences Union General Assembly 2011, 2011.

11.BORMA, L.S. ; PRADO, M. C. R. ; SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; Rodrigues, D.A. ; TOMASELLA, J. . TheImpact of Climate Change on the stream flows of Purus river, Amazonian - Brazil. In: EuropeanGeosciences Union General Assembly 2011, 2011, Vienna. European Geosciences Union GeneralAssembly 2011, 2011.

12.SIQUEIRA JÚNIOR, J. L. ; TOMASELLA, J. ; RODRIGUES, D.A. ; GONÇALVES, A. S. . Studies of theeffects of global changes in the Madeira river basin. In: XIV Congresso Mundial da Água, 2011, Ipojuca-PE. XIV Congresso Mundial da Água, 2011.

13.GONCALVES, A. S. ; SIQUEIRA JUNIOR, J. L. ; RODRIGUEZ, D. A. . Estudos dos efeitos dasmudanças globais em vazões médias e extremas na bacia do Rio Madeira. In: Seminário de IniciaçãoCientífica e Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, 2011, São José dos Campos.Seminário de Iniciação Científica e Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação, 2011.

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