Metodologia para avaliação de eventos extremos em bacias hidrográficas sob os cenários RCP4.5 e RCP8.5 - Rodrigues, Gisele Carvalho [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
Os eventos extremos como de cheias e secas podem causar diversos impactos para a sociedade, como perdas de vidas, falta de água para abastecimento humano, perda de moradias e bens materiais (em casos de cheias), e além disso, podem causar danos ambientais e na agricultura. E isso fica mais preocupante com as mudanças climáticas, pois o aumento da temperatura média global pode influenciar na ocorrência e intensidade desses eventos extremos (cheia e seca). Diante disso, esse trabalho tem como propósito detalhar uma metodologia para análise de tendência, intensidade e ocorrência dos eventos observados e projetados de cheia e seca no período do verão, período úmido e ano hidrológico, por meio do Índice de Precipitação Padronizada (SPI) e do Índice de Seca de Vazões (SDI). Isso para os horizontes de tempo observado (2002-2019), e de curto (2034-2051), médio (2058-2075) e longo prazo (2082-2099) com um cenário de alta emissão de gases de efeito estufa (RCP8.5) e um cenário de estabilização (RCP4.5). O trabalho foi aplicado com a finalidade de exemplificação nas bacias hidrográficas do Alto Tiete (BH-AT) e do São José dos Dourados (BH-SJD), localizadas no Estado de São Paulo, sendo a primeira densamente urbanizada e a segunda predominantemente rural. Os dados de precipitação e vazão observados em cada bacia foram utilizados para calcular o SPI e o SDI, respectivamente, no período observado. Para simular a vazão futura no exutório das bacias hidrográficas, foi usado o modelo hidrológico SWAT, os quais foram calibrados e validados através do SWAT-CUP. As variáveis climáticas projetadas a partir de modelos climáticos Eta-MIROC5, Eta- CANESM2, Eta- HadGEM2-ES e Eta-BESM frente aos cenários RCP4.5 (Cenário I) e RCP8.5 (Cenário II) foram obtidas do CPTEC/INPE e corrigidas através do método Direct Approach. Diversas análises foram realizadas comparando as variáveis climáticas observadas nas bacias, com as variáveis simuladas pelos modelos citados. A precipitação mensal, variável climática considerada como a principal neste estudo, simuladas pelo Eta-CANESM2 e Eta-BESM, apresentou correlação de 0,65 e 0,7 com a precipitação mensal observada na BH-AT e BH-SJD, respectivamente, sendo a maior entre os modelos analisados. Deste modo as projeções climáticas desses modelos foram utilizadas para simular a vazão dos períodos futuros nas áreas de interesse, e posteriormente para calcular os índices. No período observado da BH-SJD os principais eventos de seca ocorreram em 2002-2003 e de 2011 a 2014, que foram épocas de crise hídrica na região. Nos períodos projetados com o Cenário I observou-se tendência crescente significativa na série de SPI do verão, período úmido e do ano hidrológico a curto prazo e no verão do médio prazo, que apontam aumento de precipitação nesse período. Por outro lado, no Cenário II a tendencia é de redução da precipitação no longo prazo nos três períodos analisados. Em relação as vazões os resultados do Cenário II mostraram tendência significativa decrescente na série de SDI nos três períodos analisados a partir do médio prazo. Já no Cenário I e no horizonte de médio prazo a tendencia observada foi crescente no verão, indicando aumento de chuvas, e decrescente no longo prazo. Na BH-AT foi identificado eventos de seca principalmente em 2013-2014, período o qual a região passou por uma crise hídrica, que afetou milhares de pessoas. Os resultados projetados pelo Cenário I e na série de SDI mostram tendência significativa, sendo crescente no período úmido a curto prazo e no ano hidrológico a longo prazo. Os resultados dos índices de seca e cheia também indicam aumento da ocorrência dos eventos extremos nas duas bacias hidrográficas e alteração na intensidade de tais eventos. Conclui-se que a metodologia apresentada tem potencial para ser uma grande ferramenta para estudos de eventos extremos, o que pode colaborar com a gestão dos recursos hídricos e apontar possíveis períodos de risco, tornando possível a elaboração de projetos de mitigação.

Extreme events such as floods and droughts can cause various impacts to society, such as loss of life, lack of water for human supply, loss of housing and material goods (in cases of floods), and in addition, they can cause environmental and in the farming. And this becomes more worrying with climate change, as the increase in the average global temperature can influence the occurrence and intensity of these extreme events (flood and drought). Therefore, this work aims to detail a methodology for analyzing the trend, intensity and occurrence of observed and projected flood and drought events in the summer, wet season and hydrological year, through the Standardized Precipitation Index (SPI) and of the Flow Drought Index (SDI). This is for the observed time horizons (2002- 2019), and for the short (2034-2051), medium (2058-2075) and long-term (2082-2099) time horizons with a high greenhouse gas emission scenario (RCP8. 5) and a stabilization scenario (RCP4.5). The work was applied with the purpose of exemplification in the hydrographic basins of Alto Tiete (BH-AT) and São José dos Dourados (BH-SJD), located in the State of São Paulo, the first being densely urbanized and the second predominantly rural. The rainfall and flow data observed in each basin were used to calculate the SPI and SDI, respectively, in the observed period. To simulate the future flow in the outlet of the hydrographic basins, the SWAT hydrological model was used, which were calibrated and validated through the SWAT-CUP. The climate variables projected from climate models Eta-MIROC5, EtaCANESM2, Eta-HadGEM2-ES and Eta-BESM against the scenarios RCP4.5 (Scenario I) and RCP8.5 (Scenario II) were obtained from CPTEC/INPE and corrected using the Direct Approach method. Several analyzes were carried out comparing the climatic variables observed in the basins, with the variables simulated by the aforementioned models. The monthly precipitation, the climatic variable considered as the main one in this study, simulated by Eta-CANESM2 and Eta-BESM, presented a correlation of 0.65 and 0.7 with the monthly precipitation observed in BH-AT and BH-SJD, respectively, being the highest among the analyzed models. In this way, the climatic projections of these models were used to simulate the flow of future periods in the areas of interest, and later to calculate the indices. In the observed period of the BH-SJD, the main drought events occurred in 2002- 2003 and from 2011 to 2014, which were times of water crisis in the region. In the periods projected with Scenario I, there was a significant increasing trend in the SPI series of the summer, wet period and the hydrological year in the short term and in the summer of the medium term, which indicate an increase in precipitation in this period. On the other hand, in Scenario II the tendency is for a long-term reduction in precipitation in the three analyzed periods. Regarding the flows, the results of Scenario II showed a significant downward trend in the SDI series in the three periods analyzed from the medium term. In Scenario I and in the medium-term horizon, the observed trend was increasing in the summer, indicating an increase in rainfall, and decreasing in the long term. In BH-AT, drought events were identified mainly in 2013-2014, a period in which the region went through a water crisis, which affected thousands of people. The results projected by Scenario I and in the SDI series show a significant trend, increasing in the wet period in the short term and in the hydrological year in the long term. The results of the drought and flood indices also indicate an increase in the occurrence of extreme events in the two river basins and a change in the intensity of such events. It is concluded that the methodology presented has the potential to be a great tool for studies of extreme events, which can collaborate with the management of water resources and point out possible periods of risk, making it possible to develop mitigation projects.
Methodology for evaluating extreme events in watersheds under scenarios RCP4.5 and RCP8.5
Keywords: Seca; Cheia; SWAT; Projeção climática e hidrológica; Mudanças climáticas; Drought; Full; Climatic and hydrological projection; Climate changes