Resumo O acoplamento dos modelos WRF e NRCS-CN foram avaliados como ferramentas para um sistema de previsão de cheias. Os modelos foram aplicados na bacia hidrográfica do rio Paraíba do Meio, localizada em Alagoas, Brasil. FNL (Final Análises GFS) dados obtidos do Sistema de Previsão Global foram utilizados como condições iniciais para o WRF. Precipitações e vazões observadas foram coletadas das plataformas de observação de dados. Nove configurações de microfísica foram usadas para otimizar as previsões do WRF. Para o modelo hidrológico, foram utilizadas calibrações automáticas disponíveis no HMS. Foram otimizados os parâmetros do modelo NRCS-CN. O desempenho dos modelos foi avaliado com os indicadores: viés, mínimo erro quadrático, coeficiente de correlação linear de Pearson, coeficiente de Nash-Sutcliffe, Heidke skill score, acertos e alarmes falsos. A habilidade de previsão do WRF para a configuração ótima foi considerada satisfatória. O modelo NRCS-CN gerou bons resultados de cheias. A habilidade preditiva do modelo hidrológico variou de satisfatória a aceitável. Na etapa de previsão de cheias, o modelo acoplado gerou coeficientes de Nash-Sutcliffe de 0.749 e 0.572 para as bacias Atalaia e Viçosa. Em seu todo, o modelo acoplado apresentou um bom potencial para desenvolvimento de sistemas de alerta.

Abstract Coupling the WRF and NRCS-CN models was assessed as a tool for a flood forecast system. The models were applied to the Paraíba do Meio River basin, located in Alagoas, Brazil. FNL (Final Analysis GFS) data provided by the Global Forecast System model were used as initial conditions for WRF. Precipitations and observed discharges were collected in data collection platforms. Nine microphysics configurations were used to optimize WRF forecast. For hydrological, the automatic calibrations, available in HMS was used to get the optimum CN model parameters. Optimized precipitations Model performance was assessed with the indicators: bias, root-mean-square error, Pearson’s linear correlation coefficient, Nash-Sutcliffe coefficient, Heidke skill score, hit rate and false alarm rate. WRF´s predictive ability for the optimum configuration was satisfactory. The NRCS-CN yielded good results. The predictive ability of the hydrological model was ranked between satisfactory and acceptable. In a flood forecasting step, the coupled model yielded Nash-Sutcliffe of 0.749 and 0.572 for Atalaia and Viçosa basins. Overall, the method showed potential for the development of a flood alert system.

RESUMO Este estudo mostra como o processo de sedimentação em reservatórios afeta o balanço entre vazão regularizada, sangria e perdas por evaporação em reservatórios do estado do Ceará. Presume-se que os reservatórios tenham, inicialmente, forma cônica invertida. Foram investigadas três formas de sedimentação: tipo 1, com deposição paralela ao perímetro molhado; tipo 2, com deposição distribuída proporcionalmente à profundidade da água; e tipo 3, com deposição concentrada no fundo do reservatório. Esses padrões de sedimentação foram encontrados em diversos reservatórios do Ceará, com capacidades de aproximadamente 0,5 a 100 hm3. No entanto, o padrão tipo 2 foi o mais frequente. Neste trabalho, foram estudados cinco grandes reservatórios, com capacidades superiores a 100 hm3, utilizando-se a abordagem de Monte Carlo e levando em conta o assoreamento ao longo do horizonte temporal. Verificou-se que a distribuição de sedimentos pode afetar significativamente o balanço entre vazão regularizada, sangria e perdas por evaporação em grandes reservatórios. Os resultados para o padrão tipo 1 têm menor impacto sobre a vazão regularizada do reservatório, seguido dos tipos 2 e 3. Para o reservatório Cedro, a vazão regularizada seria zero em 2115, assumindo um padrão de deposição tipo 3. Esses resultados reforçam a necessidade de monitoramento do assoreamento em grandes reservatórios do semiárido brasileiro. Além disso, este estudo fornece uma metodologia relativamente simples para prever o impacto do assoreamento na relação entre vazão regularizada, sangria e perdas por evaporação, para os três padrões de sedimentação mais comumente encontrados.

ABSTRACT This study shows how the sedimentation process in reservoirs affects the yield-spill-evaporation losses in reservoirs of Ceará State, Brazilian Northeast. Reservoirs are assumed to have, initially, inverted conical shape. Three forms of sedimentation were investigated: type 1, with deposition occurring parallel to the wetted perimeter; type 2, deposition distributed proportionally to the water depth; and, type 3, deposition concentrated in the reservoir bottom. These sedimentation patterns were found in many reservoirs in Ceará, with capacity ranging from about 0.5 to 100 hm3. Nevertheless, type 2 pattern was the most frequent. In this paper, five large reservoirs, over 100 hm3, were studied using Monte Carlo approach, and considering the silting over the time horizon. It was found that sediment distribution can significantly affect the yield-spill-evaporation trade-off on large reservoirs. Type 1 results have the lowest impact on reservoir yield, followed by type 2 and type 3. For Cedro reservoir, the yield would go to zero in 2115, assuming a type 3 deposition pattern. These results reinforce the need for monitoring sedimentation in large reservoirs in the Brazilian semiarid region. In addition, this study provides a relatively simple methodology to predict the impact of siltation on reservoir yield-spill-evaporation relationships, for the three most found patterns of sedimentation.

RESUMO O amortecimento de cheias é uma função importante de reservatórios fluviais. Para garantir a segurança das barragens brasileiras, foi aprovada em 2010 a Lei de Segurança de Barragens. Muitos reservatórios de múltiplos usos estão envelhecidos e, possivelmente, não atentem aos atuais padrões se segurança. No Estado do Ceará, Brasil, há muitas barragens construídas há muitas décadas, com vertedores dimensionados por fórmulas empíricas, atualmente ultrapassadas. Este artigo contribui para melhorar a compreensão dos fatores morfológicos e hidrológicos intervenientes no processo do amortecimento de cheias em reservatórios e no desenvolvimento de um método de simples aplicação que estime o amortecimento, a partir de tais fatores. Para tanto, foram realizadas simulações hidrológicas de vários cenários representativos de configurações de reservatórios e de bacias hidrográficas para analisar o impacto de cada parâmetro no amortecimento. Foi proposto um método gráfico, de fácil aplicação, no qual todos os parâmetros morfológicos da bacia e do reservatório foram agregados em um único adimensional – o Índice de Amortecimento do Reservatório (Φ). A partir de Φ, é possível estimar a capacidade de amortecimento do reservatório. Tal método pode ser utilizado para o dimensionamento de novos reservatórios ou para a verificação do vertedores de reservatórios já construídos com outras metodologias.

ABSTRACT Flood reduction constitutes an important characteristic of surface reservoir design. Thus, to ensure that minimum safety standards are met, the Safety Dams Act was approved in 2010. Many multipurpose surface reservoirs are aging and getting out of the current technical standards. In Ceará State, Brazil, there are several dams built for many decades, with spillways sized by empirical formulae which are currently outdated. This article contributes to improve the understanding of the morphological and hydrological factors involved in the process of damping floods in reservoirs and the development of a simple application method that estimates the damping, from such factors. To do so, hydrological simulations of several scenarios representative of reservoir and hydrographic basins configurations were performed. As a result, the impact of each parameter on flood damping was determined. A graphical method was proposed in which all the morphological parameters of the basin and the reservoir were aggregated into a single dimensionless parameter - the Reservoir Damping Index (Φ). With the value of Φ calculated, it is possible to estimate the damping capacity of the reservoir. This method can be used for the design of new reservoirs or for the verification of reservoir spillways already constructed with other methodologies.

Em regiões semi-áridas como parte do Nordeste do Brasil (NEB) reservatórios hidrícos artificiais são essências para acumular água no período chuvoso e suprir sua demanda por liberação no período seco. Por este fato, é importante o conhecimento da variabilidade pluviométrica na bacia hidrográfica desses reservatórios. Os resultados aqui apresentados mostram comparações entre dados observados e simulação via modelagem dinâmica para a bacia do Açude Castanhão-Ce com ênfase a escala intra-sazonal. A variabilidade interanual da precipitação intrasazonal (1971-2000) simulada pelo modelo regional espectral (MRE) tem um erro sistemático que subestima os totais observados (pentadais e quinzenais), principalmente no período de fevereiro a maio, e superestima esses totais em janeiro e junho. Entretanto, foram verificadas também maiores (menores) diferenças quantitativas nesses totais na subestimativa nas décadas de 1970-1980-1990 e 1990-2000. Para anos de constraste climáticos (La Niña, El Niño e Normais), o MRE nas escalas pentadal, quinzenal e mensal capturou com bom desempenho o sinal da anomalia relacionado à precipitação observada predominando anomalia positiva para os anos de La Niña e em torno da média a negativa para os anos Normais e de El Niño, em particular durante fevereiro a maio. Essa característica foi também verificada nos dados de precipitação observada na bacia.

In arid regions as northeast part of Brazil (NEB) artificial water reservoirs are essences to accumulate water in the rainy period and to supply its demand for release in the dry period. For this fact, the knowledge of the pluviometric variability in the hydrographic basin of these reservoirs is important. The results presented here show comparisons between observed data and simulation from dynamic modeling for the basin of the Castanhão-Ce Dam with emphases the intra seasonal scale. The interanual variability of intra-seasonal precipitation (1971-2000) simulated by the spectral regional model (MRE) has a systematic bias that underestimation the observed totals (pentads and biweekly), mainly in the period of February the May, and overestimates these totals in January and June. However, were also verified bigger (lesser) quantitative differences in these totals in the sub estimation in the decades of 1970-1980-1990 e (1990-2000). For climatic years of contrast (La Niña, El Niño and Normal), the MRE in the scales pentad, biweekly and monthly captured with good performance the signal of the anomaly in relation to the precipitation observed, predominating positive anomaly for the years of La Niña, and around the average the refusal for the Normal years and of El Niño, in particular during February the May. This characteristic also was verified in the precipitation data observed in the basin.