Modeling of climate change impacts on hydrology of subwatersheds of the Mirim-São Gonçalo transboundary watershed

Submitted by Gabriela Lopes (gmachadolopesufpel@gmail.com) on 2019-06-18T15:32:53Z No. of bitstreams: 1 Tese_Tamara Caldeira.pdf: 16084112 bytes, checksum: fbf2a80fa996f87e27bde1a571fad887 (MD5) Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2019-06-26T12:47:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese_Tamara Caldeira.pdf: 16084112 bytes, checksum: fbf2a80fa996f87e27bde1a571fad887 (MD5) Made available in DSpace on 2019-06-26T12:47:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese_Tamara Caldeira.pdf: 16084112 bytes, checksum: fbf2a80fa996f87e27bde1a571fad887 (MD5) Previous issue date: 2019-03-21 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Este estudo teve como objetivo avaliar o impacto das mudanças climáticas sobre a hidrologia de três sub-bacias da bacia hidrográfica transfronteiriça Mirim-São Gonçalo, uma bacia hidrográfica situada no bioma Pampa e considerada uma área com relevante interesse ambiental, social e econômico. Inicialmente, o modelo hidrológico Lavras Simulation of Hydrology (LASH) foi calibrado e validado para cada sub-bacia ao passo de tempo diário, considerando dados hidrometeorológicos observados, informações de relevo, solo e uso do solo. Em seguida, o modelo hidrológico LASH foi forçado com dados meteorológicos diários do clima presente modelado (1961 a 2005) e de projeções futuras (2006 a 2099) fundamentadas nos Caminhos Representativos de Concentração (RCP’s) 4.5 e 8.5, de quatro modelos climáticos globais regionalizados pelo modelo climático regional ETA, a saber: i) Brazilian Earth System Model versão 2.3.1 (BESM); ii) Canadian Earth System Model segunda geração (CANESM2); iii) Hadley Centre Global Environmental Model versão 2 (HadGEM2-ES); e iv) Model for Interdisciplinary Research on Climate versão 5 (MIROC5). As estatísticas de precisão empregadas para avaliar a calibração e validação do modelo LASH para cada sub-bacia deram indícios de representação satisfatória dos indicadores analisados. Em relação aos impactos das mudanças climáticas, os prognósticos deste estudo indicam que pode haver aumento nas vazões médias mensais, com exceção de julho, agosto e setembro, assim como nas vazões anuais médias, máximas e mínimas, na vazão média de enchente e na produção de água. Os incrementos nas vazões foram mais pronunciados quando os hidrogramas foram estimados pelo modelo LASH forçado pelos modelos climáticos com base no RCP 4.5. Quanto aos períodos futuros, os prognósticos indicam maiores incrementos das vazões médias entre os anos de 2041 e 2070 para os dois RCP’s, enquanto que espera-se que as vazões máximas e mínimas tenham maior incremento entre 2071 e 2099 perante o RCP 4.5 e, entre 2041 e 2070, perante o RCP 8.5. Estes resultados são animadores porque indicam aumento da disponibilidade hídrica nas sub-bacias analisadas, as quais são predominantemente agrícolas. No entanto, os incrementos nas vazões médias de enchente são preocupantes, porque evidenciam lâminas consideráveis de escoamento superficial direto e também de alguns problemas derivadas destas, especialmente associados com cheias e com o manejo e conservação do solo e da água. This study had as objective to assess the impact of climate changes on hydrology of three subwatersheds of the Mirim-São Gonçalo transboundary watershed which is situated in the Pampa biome and is considered an area of relevant interest for environmental, social and economical issues. The Lavras Simulation of Hydrology (LASH) was calibrated and validated for each subwatershed on a daily basis considering hydrometeorological data, and relief, soil and land-use information. LASH model was then used in conjunction with daily meteorological datasets obtained from four global climate model downscaled by ETA regional climate model based on the Representative Concentration Pathways (RCP’s) 4.5 and 8.5 to represent the baseline period (1961 – 2005) and future projections (2006 – 2099), as follows: i) Brazilian Earth System Model version 2.3.1 (BESM); ii) Canadian Earth System Model second generation (CANESM2); iii) Hadley Centre Global Environmental Model version 2 (HadGEM2-ES); and iv) Model for Interdisciplinary Research on Climate version 5 (MIROC5). The precision statistics used to evaluate the calibration and validation of LASH model for each subwatershed made it possible to infer that the analyzed indicators were satisfactorily represented. Relative to the impact of climate changes, the prognoses of this study indicate that there might be increase in monthly average stream flows (except in July, August and September), annual average stream flows, annual maximum and minimum stream flows, average flood stream flow and water yield. The increases in stream flows were more pronounced when the hydrographs were estimated according to LASH model combined with climate models based on RCP 4.5. With respect to the future projections, the prognoses indicate larger increments of average stream flows between 2041 and 2070 for both RCP’s, whereas, maximum and minimum stream flows are expected to have larger increments from 2071 to 2099 for RCP 4.5 and between 2041 and 2070 for RCP 8.5. These results are encouraging because they suggest increase in water availability for the analyzed subwatersheds, which have predominance of agriculture. Nevertheless, the increments in the average flood stream flows are worrisome, as considerable depths of direct surface runoff and some problems derived from them are expected to occur, especially associated with floods and soil and water management and conservation.