APLICAÇÃO DE MODELOS DE PREVISÃO DE VAZÕES A CURTO PRAZO NA SUB-BACIA DO ALTO RIO PARANAÍBA RELATÓRIO FINAL. Fevereiro de 2012

APLICAÇÃO DE MODELOS DE PREVISÃO DE VAZÕES A CURTO

PRAZO NA SUB-BACIA DO ALTO RIO PARANAÍBA

RELATÓRIO FINAL

Fevereiro de 2012

ONS 153/12

Rev. Data Descrição da revisão Elaborado por Verificado por Autorizado por CE

Rev. Data Elaborado por Verificado por Autorizado por CREA CE

0 29-02-12 PC JCM MCX 34.040-D AP

APLICAÇÃO DE MODELOS DE PREVISÃO DE VAZÕES A CURTO

PRAZO NA SUB-BACIA DO ALTO RIO PARANAÍBA

RELATÓRIO FINAL

ONS 153/12

SUMÁRIO

1.

INTRODUÇÃO

1.1.

Objetivo

1.2.

Considerações Gerais

1.3.

Configuração Proposta para Modelagem

1.4.

Metodologia Atual de Previsão de Vazões Semanais no ONS

2.

CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

2.1.

Dados Operativos e Fluviométricos

2.2.

Dados Pluviométricos

3.

ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS

3.1.

Metodologia de Consistência de Dados

3.2.

Seleção das Estações Pluviométricas Utilizadas nos Estudos

3.3.

Análise de Consistência e Preenchimento de Falhas

3.4.

Análise das Estações Telemétricas para a Etapa de Testes

3.5.

Cálculo da Chuva Média (no Espaço) por Sub-Bacia

4.

PREVISÃO DE PRECIPITAÇÃO

4.1.

Análise da Previsão de Precipitação

4.2.

Remoção de Viés da Chuva Prevista

5.

MODELO SMAP

5.1.

Descrição do Modelo SMAP

5.2.

Calibração dos Parâmetros

6.2.

Métodos de Reinicialização do Modelo

7.

RESULTADOS DA CALIBRAÇÃO DO MODELO SMAP

7.1.

Calibração do Modelo SMAP nas Sub-Bacias do Alto Rio Paranaíba

7.2.

Parâmetros Calibrados

7.3.

Resultados da Calibração para Cada Sub-Bacia

7.4.

Avaliação dos Modelos Calibrados

8.

RESULTADOS DOS TESTES DE DESEMPENHO

8.1.

Métricas de Avaliação de Desempenho do Modelo

8.2.

Previsão da Vazão Média Diária para o Horizonte de 10 Dias a Frente

8.3.

Previsão da Vazão Média para a Próxima Semana Operativa

8.4.

Avaliação das Previsões Semanais através das Métricas de Desvio

8.5.

Comparação com o Desempenho da Metodologia Atual

9.

CONCLUSÕES

10.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANEXOS:

ANEXO I – Disponibilidade de Dados Pluviométricos

ANEXO II – Lista de Estações Pluviométricas Selecionadas para a Etapa de

Calibração Por Sub-Bacia

ANEXO III – Lista de Estações Pluviométricas Selecionadas para a Etapa de Testes

Por Sub-Bacia

ANEXO IV – Hidrogramas de Vazões Observadas e Calculadas na Etapa de

Calibração Modelo

LISTA DE QUADROS:

QUADRO 1 – Aproveitamentos na Região da Bacia do Alto Rio Paranaíba

QUADRO 2 – Proposta para Configuração de Modelagem

QUADRO 3 – Disponibilidade de Informações e Divisão dos Dados para as Etapas da

Modelagem

QUADRO 4 – Estações Pluviométricas Pré-Selecionadas por Entidade Responsável

QUADRO 5 – Resumo dos Resultados da Análise de Consistência Pluviométrica

QUADRO 6 – Eventos de Grande Intensidade Avaliados e Analisados

QUADRO 7 – Características das Estações Telemétricas Disponíveis para a Etapa de

Testes e Operacionalização dos Modelos de Previsão

QUADRO 8 – Número Final de Estações (Convencionais e Telemétricas) e Pontos de

Grade do Modelo ETA Considerado em Cada Sub-Bacia Modelada.

QUADRO 9 – Precipitação Média Anual Prevista e Observada em Cada Sub-bacia

(1996 a 2001)

QUADRO 10 – Constantes a e b e Limites de Aplicação das Equações Obtidas para

Remoção do Viés da Previsão de Precipitação

QUADRO 11 – Faixas de Variação dos Parâmetros do Modelo

QUADRO 12 – Parâmetros Finais do Modelo Obtidos na Etapa de Calibração

QUADRO 13 – Valores Finais para os Coeficientes de Representação Espacial da

Chuva Obtidos ao Final da Etapa de Calibração

QUADRO 14 – Parâmetros Finais do Modelo Obtidos na Etapa de Calibração

QUADRO 15 – Resultados das Métricas de Avaliação das Previsões de Vazões da

Próxima Semana Operativa (4° ao 10° dia) para os Anos de Testes das Sub-bacias:

Corumbá IV, Increm. Corumbá I e Serra do Facão

QUADRO 16 – Resultados das Métricas de Avaliação das Previsões de Vazões da

Próxima Semana Operativa (4° ao 10° dia) para os Anos de Testes das Sub-bacias:

Icrem. Emborcação, Nova Ponte e Increm. Itumbiara

QUADRO 17 – Resultados das Métricas de Avaliação das Previsões de Vazões da

Próxima Semana Operativa (4° ao 10° dia) para os 4 Anos de Testes (Com Chuva

Prevista Após Retirada de Viés)

QUADRO 18 – Resultados das Métricas de Avaliação das Previsões de Vazões da

Próxima Semana Operativa (4° ao 10° dia) para os 4 Anos de Testes (Com Chuva

Futura Observada)

QUADRO 19 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4º ao 10º Dia da Previsão) – Média dos Anos 2002,

2003, 2006 e 2007

QUADRO 20 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia Corumbá

IV

QUADRO 21 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia

Incremental Corumbá I

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia Serra do

Facão

QUADRO 23 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia

Incremental Emborcação

QUADRO 24 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia Nova

Ponte

QUADRO 25 – Comparação dos Índices de Desempenho Calculados sobre as

Previsões de Vazões Obtidas Com as Metodologias Proposta e Atual Referentes à

Próxima Semana Operativa (do 4° ao 10° Dia da Previsão) para a Sub-bacia

Incremental Itumbiara

LISTA DE FIGURAS:

FIGURA 1 – Localização das Usinas de Interesse na Bacia do Rio Paranaíba

FIGURA 2 – Fluxograma das Principais Atividades

FIGURA 3 – Mapa Topográfico com Delimitação das Sub-Bacias Selecionadas para o

Presente Estudo

FIGURA 4 – Esquema Ilustrativo do Processo de Previsão de Vazões no ONS

FIGURA 5 – Série de Vazões Médias Diárias nos Postos Campo Alegre de Goiás e

Fazenda São Domingos

FIGURA 6 – Série de Vazões Médias Diárias nos Postos Abadia dos Dourados e Porto

dos Pereiras

FIGURA 7 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Totais na UHE Corumbá IV

FIGURA 8 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Totais na UHE Serra do Facão

FIGURA 9 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Totais na UHE Nova Ponte

FIGURA 10 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na UHE

Emborcação (até UHE Serra do Facão)

FIGURA 11 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na UHE Corumbá

I (até Corumbá IV)

FIGURA 12 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na e UHE

Itumbiara (entre Corumbá I, Serra do Facão e Nova Ponte)

FIGURA 13 – Médias Mensais Anuais para Alguns Locais de Interesse

FIGURA 14 – Médias Anuais para Alguns Locais de Interesse

FIGURA 15 – Localização das 125 Estações Pluviométricas Com Uso Potencial

FIGURA 16 – Número de Estações Pluviométricas com Registros Diários ao Longo do

Horizonte de Tempo dos Estudos

FIGURA 17 – Representação Esquemática da Disponibilidade de Dados

FIGURA 18 – Série de Chuva Média na Área de Estudo (Média de até 125 Postos)

FIGURA 19 – Série de Chuva Diária Máxima na Área de Estudo (Máximo de até 125

Postos)

FIGURA 20 – Número de Postos Com Chuva Acumulada em 24 Horas Maior Do Que

120 mm

FIGURA 21 – Fluxograma das Atividades de Consistência dos Dados Pluviométricos

Diários

FIGURA 22 – Método para Preenchimento de Dados Faltantes e Inconsistentes

considerando a Ponderação pelo Inverso do Quadrado da Distância

FIGURA 23 – Localização das Estações Pluviométricas Convencionais

Pré-Selecionadas e Consideradas na Etapa de Consistência de Dados (76 postos)

FIGURA 24 – Localização das 76 Estações Pluviométricas Pré-Selecionadas e

Analisadas

FIGURA 25 – Precipitação Média Anual para o Período de Calibração - 1995 a 2001

FIGURA 26– Precipitação Média Anual para o Período de Testes - 2002 a 2007

FIGURA 27 – Gráficos de Dupla Massa para as Estações Pluviométricas Descartadas

de ETA Cabeça de Veado e Brazlândia

FIGURA 28 – Gráficos de Dupla Massa Antes (Esquerda) e Depois (Direita) da

Consistência dos Dados da Estação Pluviométrica PONTE SÃO BARTOLOMEU

(01647001)

FIGURA 29 – Gráficos de Dupla Massa Antes (Esquerda) e Depois (Direita) da

Consistência dos Dados da Estação Pluviométrica CASCALHO RICO (01847007)

FIGURA 30 – Gráficos de Dupla Massa Antes (Esquerda) e Depois (Direita) da

Consistência dos Dados da Estação Pluviométrica COROMANDEL (01847008)

FIGURA 31 – Localização das Estações Pluviométricas Selecionadas e Utilizadas na

Calibração da Modelagem (58 Postos)

FIGURA 32 – Localização das Estações Pluviométricas Telemétricas Descartadas e

Disponíveis para a Etapa de Testes da Modelagem

FIGURA 33 – Localização das Estações Pluviométricas Convencionais (58) e

Telemétricas (40) Selecionadas para Continuação dos Estudos de Modelagem

FIGURA 34 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia UHE Corumbá IV

FIGURA 35 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia UHE Corumbá I

FIGURA 36 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia UHE Serra do

Facão

FIGURA 37 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia Incremental na

UHE Emborcação (entre Emborcação-Serra do Facão)

FIGURA 38 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia UHE Nova Ponte

FIGURA 39 – Séries Diárias de Vazões e Chuvas para a Sub-Bacia Incremental no

UHE Itumbiara (entre Itumbiara-Corumbá I-Emborcação-Nova Ponte)

FIGURA 40 – Sub-bacias Modeladas e os Respectivos Pontos de Grade do Modelo

ETA Considerados para Cálculo da Chuva Prevista Média

FIGURA 41 – Coeficiente de Correlação (R2) entre a Precipitação Observada e

Prevista para Cada Sub-bacia Modelada – para o Período de 1996 a 2001 – Incluindo

Análise da Precipitação do N-ésimo Dia e Acumulada até o N-ésimo Dia do Horizonte

de Previsão

FIGURA 42 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Corumbá IV

FIGURA 43 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Incremental Corumbá I

FIGURA 44 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Serra do Facão

FIGURA 45 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Incremental

Emborcação

FIGURA 46 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Nova Ponte

FIGURA 47 – Precipitação Observada e Prevista Acumulada no Horizonte de 10 dias

de Previsão e Média para o Período 1996 a 2001 na Sub-bacia Incremental Itumbiara

FIGURA 48 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda) e Dez-Jan (direita) para a Sub-bacia Corumbá IV.

FIGURA 49 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda) e Dez-Jan (direita) para a Sub-bacia Incremental Corumbá I.

FIGURA 50 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda) e Dez-Jan (direita) para a Sub-bacia Serra do Facão.

FIGURA 51 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda), Dez-Jan (direita) e Fev-Mar (abaixo) para a Sub-bacia

Incremental Emborcação.

FIGURA 52 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda) e Dez-Jan (direita) para a Sub-bacia Nova Ponte.

FIGURA 53 – Relação entre Precipitação Total Observada e Prevista para os Períodos

de Set-Nov (esquerda) e Dez-Jan (direita) para a Sub-bacia Incremental Itumbiara

FIGURA 54 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Corumbá IV

FIGURA 55 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Increm. Corumbá I

FIGURA 56 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Serra do Facão

FIGURA 57 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Increm. Emborcação

FIGURA 58 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Nova Ponte

FIGURA 59 – Curvas de Permanência de Precipitação Acumulada em 10 Dias

Referente aos Valores Observados, Previstos e Corrigidos – Período 1996-2001 –

Sub-bacia Increm. Itumbiara

FIGURA 60 – Esquema do Modelo SMAP Original com 3 Reservatórios

FIGURA 61 – Esquema do Modelo SMAP Modificado com 4 Reservatórios (Presente

Estudo)

FIGURA 62 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Jan/1996 a Dez/2001 para a Sub-bacia Corumbá IV

FIGURA 63 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a dez/2001

para a Sub-bacia: Corumbá IV

FIGURA 64 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Ago/1995 a Dez/2001 para a Sub-bacia Incremental Corumbá I

FIGURA 65 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a Dez/2001

para a Sub-bacia: Incremental Corumbá I

FIGURA 66 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Jan/1996 a Dez/2001 para a Sub-bacia Serra do Facão

FIGURA 67 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a Dez/2001

para a Sub-bacia: Serra do Facão

FIGURA 68 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Jan/1996 a Dez/2001 para a Sub-bacia Incremental Emborcação

FIGURA 69 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a Dez/2001

para a Sub-bacia: Increm. Emborcação

FIGURA 70 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Jan/1996 a Dez/2001 para a Sub-bacia Nova Ponte

FIGURA 71 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a Dez/2001

para a Sub-bacia: Nova Ponte

FIGURA 72 – Etapa de Calibração dos Parâmetros do Modelo Compreendendo o

Período de Jan/1996 a Dez/2001 para a Sub-bacia Incremental Itumbiara

FIGURA 73 – Correlação entre Vazões Observadas e Simuladas na Etapa de

Calibração do Modelo Previsor Compreendendo o Período de Jan/1996 a Dez/2001

para a Sub-bacia: Incremental Itumbiara

FIGURA 74 – Simulação Realizada para o Dia de Previsão em 02/01/02 – Sub-bacia

Corumbá IV

FIGURA 75 - Simulação Realizada para o Dia de Previsão em 04/12/02 – Sub-bacia

Corumbá IV

FIGURA 76 - Simulação Realizada para o Dia de Previsão em 18/10/06 – Sub-bacia

Corumbá IV

FIGURA 77 - Simulação Realizada para o Dia de Previsão em 09/05/07 – Sub-bacia

Corumbá IV

FIGURA 78 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Corumbá IV (Ano

2002)

FIGURA 79 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Corumbá IV (Ano

2003)

FIGURA 80 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Corumbá IV (Ano

2006)

FIGURA 81 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Corumbá IV (Ano

2007)

FIGURA 82 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Corumbá

IV.

FIGURA 83 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Corumbá IV

FIGURA 84 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Incremental

Corumbá I (Ano 2002)

FIGURA 85 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Incremental

Corumbá I (Ano 2003)

FIGURA 86 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Incremental

Corumbá I (Ano 2006)

FIGURA 87 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Incremental

Corumbá I (Ano 2007)

FIGURA 88 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia

Incremental Corumbá I

FIGURA 89 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Incremental Corumbá I

FIGURA 90 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Serra do Facão

(Ano 2002)

FIGURA 91 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Serra do Facão

(Ano 2003)

FIGURA 92 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Serra do Facão

(Ano 2006)

FIGURA 93 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Serra do Facão

(Ano 2007)

FIGURA 94 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Serra do

Facão

FIGURA 95 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Serra do Facão

FIGURA 96 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Emborcação

(Ano 2002)

FIGURA 97 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Emborcação

(Ano 2003)

FIGURA 98 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Emborcação

(Ano 2006)

FIGURA 99 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Emborcação

(Ano 2007)

FIGURA 100 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Inc.

Emborcação

FIGURA 101 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Inc. Emborcação

FIGURA 102 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Nova Ponte (Ano

2002)

FIGURA 103 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Nova Ponte (Ano

2003)

FIGURA 104 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Nova Ponte (Ano

2006)

FIGURA 105 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Nova Ponte (Ano

2007)

FIGURA 106 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Nova

Ponte

FIGURA 107 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Nova Ponte

FIGURA 108 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Itumbiara

(Ano 2002)

FIGURA 109 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Itumbiara

(Ano 2003)

FIGURA 110 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Itumbiara

(Ano 2006)

FIGURA 111 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa – Inc. Itumbiara

(Ano 2007)

FIGURA 112 – Correlação entre Valores Previstos e Observados referente à Vazão

Média da Próxima Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Inc.

Itumbiara

FIGURA 113 – Correlação entre Desvios das Chuvas e Vazões referente à Próxima

Semana Operativa para os 4 Anos de Teste – Sub-Bacia Inc. Itumbiara

FIGURA 114 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Corumbá IV (Ano 2002)

FIGURA 115 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Corumbá IV (Ano 2003)

FIGURA 116 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Corumbá IV (Ano 2006)

FIGURA 117 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

FIGURA 118 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Corumbá I (Ano 2002)

FIGURA 119 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Corumbá I (Ano 2003)

FIGURA 120 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Corumbá I (Ano 2006)

FIGURA 121 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Corumbá I (Ano 2007)

FIGURA 122 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Serra do Facão (Ano

2002)

FIGURA 123 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Serra do Facão (Ano

2003)

FIGURA 124 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Serra do Facão (Ano

2006)

FIGURA 125 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Serra do Facão (Ano

2007)

FIGURA 126 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Emborcação (Ano 2002)

FIGURA 127 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Emborcação (Ano 2003)

FIGURA 128 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Emborcação (Ano 2006)

FIGURA 129 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Emborcação (Ano 2007)

FIGURA 130 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Nova Ponte (Ano 2002)

FIGURA 131 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Nova Ponte (Ano 2003)

FIGURA 132 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Nova Ponte (Ano 2006)

FIGURA 133 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Total Nova Ponte (Ano 2007)

FIGURA 134 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Itumbiara (Ano 2002)

FIGURA 135 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Itumbiara (Ano 2003)

FIGURA 136 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Itumbiara (Ano 2006)

FIGURA 137 – Previsão de Vazões da Próxima Semana Operativa Comparando as

Metodologias Proposta (SMAP) e Atual (PREVIVAZ) – Incr. Itumbiara (Ano 2007)

FIGURA 138 - Histórico de Vazões Médias Semanais para os Meses de Abril e Maio

(m³/s) Considerado no Modelo Previvaz para a Sub-bacia Incremental Corumbá I

FIGURA 139 - Histórico de Vazões Médias Semanais para os Meses de Agosto e

Setembro (m³/s) Considerado no Modelo Previvaz para a Sub-bacia Incremental

Itumbiara

1. INTRODUÇÃO

1.1. Objetivo

Esta nota técnica apresenta uma proposta de aperfeiçoamento da metodologia da previsão de vazão uma semana à frente na bacia do Alto rio Paranaíba (até a UHE Itumbiara), envolvendo a utilização do modelo conceitual concentrado SMAP (Soil Moisture Accounting Procedure). As informações consideradas como insumo para o modelo previsor SMAP incluem os dados observados oriundo das estações pluviométricas e fluviométricas e as informações de previsão de precipitação na bacia, tendo como produto a previsão direta das vazões incrementais entre aproveitamentos.

1.2. Considerações Gerais

Este documento foi elaborado como parte do estudo para Aplicação de Modelos de Previsão de Vazões a Curto Prazo na Sub-Bacia do Alto Rio Paranaíba, incluindo o desenvolvimento do sistema previsor para diversos pontos de interesse, correspondentes à áreas de drenagem, incremental ou total, de usinas hidrelétricas (UHE) e de postos fluviométricos. Os modelos de previsão foram construídos com base em modelagem conceitual concentrada, através da utilização do modelo SMAP (Soil Moisture Accounting Procedure).

A região a ser estudada refere-se à bacia do Alto rio Paranaíba, mais especificamente o trecho até a UHE Itumbiara, correspondente a uma área de drenagem total de

aproximadamente 94.728km2.

A elaboração do modelo começa pela análise de consistência dos dados básicos (precipitação nos postos e vazões naturais incrementais nas sub-bacias), com preenchimento de falhas de precipitação e sistematização dos dados em planilhas para modelagem.

Em seguida, vem a fase de calibração dos modelos previsores com base em dados observados nos últimos anos, sempre seguindo procedimentos semelhantes aos utilizados em trabalhos anteriores desenvolvidos pelo ONS na aplicação do modelo SMAP para previsão de vazões em outras bacias, como nas bacias do rio Paranapanema e Grande.

Embora os modelos, em sua fase operacional, devam realizar previsões com base em previsões de precipitação média sobre as bacias, as calibrações serão feitas empregando dados observados de precipitação média sobre a bacia e de vazões observadas. O objetivo é construir o melhor modelo de previsão de vazões a partir de uma previsão correta de chuvas. Esta abordagem garante que o modelo, assim implementado, continuará válido, tornando-se ainda melhor com o aprimoramento dos atuais processos de previsão de chuva, pois, nesse caso, com a chuva prevista se aproximando da ocorrida, a vazão prevista também deverá se aproximar.

O QUADRO 1 apresenta a relação das usinas hidrelétricas existentes na região do Alto Paranaíba que deverão ser contempladas no presente estudo, para a construção e a aplicação dos modelos de previsão de vazões afluentes.

QUADRO 1 – Aproveitamentos na Região da Bacia do Alto Rio Paranaíba

LOCAL RIO TIPO Operadora

ÁREA TOTAL (km²) ÁREA INCREM. (km²) PONTOS DE MONTANTE

Batalha São Marcos UHE (53,6 MW) FURNAS 8 300 - Total

Serra do Facão São Marcos UHE (212,6 MW) FURNAS 10 639 2 339 UHE Batalha

Emborcação Paranaíba UHE (1192 MW) CEMIG 29 050 18 411 UHE Serra do

Facão

Nova Ponte Araguari UHE (510 MW) CEMIG 15 480 - Total

Miranda Araguari UHE (408 MW) CEMIG 18 124 2 644 Nova Ponte

Capim Branco I Araguari UHE (240 MW) CEMIG 18.471 347 Miranda

Capim Branco II Araguari UHE (210 MW) CEMIG 19 285 814 Capim Branco I

Corumbá IV Corumbá UHE (127 MW) FURNAS 6 938 - Total

Corumbá III Corumbá UHE (93,6 MW)

Energética Corumbá III

S.A.

8 808 1 870 UHE Corumbá IV

Corumbá I Corumbá UHE (375 MW) FURNAS 27 604 18 796 UHE Corumbá IV -

Corumbá III

Itumbiara Paranaíba UHE (2080 MW) FURNAS 94 728 19 603 Embor - C.Branco II - Corumbá I

A FIGURA 1 apresenta um mapa da bacia do rio Paranaíba compreendendo todos os principais aproveitamentos hidrelétricos, com destaque para os do presente estudo.

FIGURA 1 – Localização das Usinas de Interesse na Bacia do Rio Paranaíba

Para alcançar os objetivos do projeto, o plano de trabalho prevê a realização de diversas atividades conforme listadas abaixo.

• Análise dos dados e da documentação fornecida pelo ONS.

• Consistência dos dados pluviométricos.

• Calibração e validação dos parâmetros do modelo.

• Cálculo da precipitação média prevista.

• Identificação e remoção de eventual viés das previsões de precipitação.

• Cálculo das previsões de vazões com uso da metodologia atual.

• Elaboração dos testes de desempenho do modelo.

A FIGURA 2 apresenta um fluxograma das principais atividades a serem realizadas visando a complementação do projeto, com o desenvolvimento dos modelos previsores.

Análise Preliminar dos Dados Recebidos Análise da Documentação e Planilhas Disponibilizadas Análise Espacial das Informações

Disponíveis _{Configuração do} Proposta de Sistema Previsor para Cada Bacia

Consistência dos Dados Pluviométricos Calibração e Validação dos Parâmetros do(s) Modelo(s) SMAP Cálculo das Previsões de Vazões com Uso

da Metodologia Atual Correção das Previsões de Precipitação Simulação das Previsões de Vazão para o Período de Teste Cálculo das Previsões de Precipitação do Modelo ETA Elaboração dos Testes de Desempenho do Modelo Definição dos Anos Considerados para Cada Etapa

(Calibração e Testes)

Relatório Final

FIGURA 2 – Fluxograma das Principais Atividades

1.3. Configuração Proposta para Modelagem

A primeira fase dos estudos identificou 6 (seis) sub-bacias de interesse para construção dos modelos de previsão. O QUADRO 2 apresenta essas 6 sub-bacias e suas principais características. A FIGURA 3 apresenta o mapa topográfico da região com a delimitação da delimitação das áreas de drenagem referentes as sub-bacias propostas para modelagem.

QUADRO 2 – Proposta para Configuração de Modelagem

LOCAL RIO TIPO Operadora ÁREA TOTAL

(km²) ÁREA INCREMENT. (km²) PONTOS DE MONTANTE

Serra do Facão São Marcos UHE FURNAS 10 639 10 639 Total Incremental

Emborcação Paranaíba UHE CEMIG 29 050 18 411

UHE Serra do Facão Nova Ponte Paranaíba UHE CEMIG 15 480 15 480 Total Corumbá IV Corumbá UHE FURNAS 6 938 6 938 Total Incremental

Corumbá I Corumbá UHE FURNAS 27 604 20 666

UHE Corumbá IV Incremental

Itumbiara Paranaíba UHE FURNAS 94 728 22 594

Embor., N. Ponte e Cor. I

-49.5 -49 -48.5 -48 -47.5 -47 -46.5 -46 -20.5 -20 -19.5 -19 -18.5 -18 -17.5 -17 -16.5 -16 -15.5 -15 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 Corumbá IV Serra do Facão Incremental Itumbiara Nova Ponte Incremental Emborcação

Altitude (m)

FIGURA 3 – Mapa Topográfico com Delimitação das Sub-Bacias Selecionadas para o Presente Estudo

Foram consideradas duas etapas de construção do sistema previsor, Calibração e Testes, as quais foram determinadas a partir da qualidade e da disponibilidade dos dados disponíveis. O QUADRO 3 apresenta a disponibilidade anual das diversas informações disponibilizadas e a proposta de divisão de dados a serem considerados nas respectivas etapas de construção dos modelos previsores.

QUADRO 3 – Disponibilidade de Informações e Divisão dos Dados para as Etapas da Modelagem

ITEM 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Vazões Naturais Dados Fluviométricos Dados Pluviométricos Previsões de Chuva ETA

Etapas da Modelagem Calibração Teste Teste

1.4. Metodologia Atual de Previsão de Vazões Semanais no ONS

Atualmente, a metodologia de obtenção da previsão de vazões semanais na bacia do presente estudo é realizada a partir da utilização do sistema PREVIVAZ, sendo realizadas sempre previsões das vazões naturais totais e somente para alguns locais de aproveitamentos na bacia (postos bases). Para os demais aproveitamentos (postos não base), as previsões de vazões naturais totais são obtidas por regressões lineares, a partir das previsões realizadas para um posto-base próximo. Os postos base e as equações de regressão, para o cálculo da vazão prevista dos postos não base, são definidos a partir do estudo da série histórica de vazões de cada aproveitamento e das relações estatísticas entre postos de uma determinada bacia. Os coeficientes das equações de regressão são diferentes para cada mês do ano e são obtidos a partir das séries de vazões médias mensais dos aproveitamentos hidroelétricos.

Como nos processos de programação da operação do SIN são necessárias séries de vazões incrementais, as mesmas são calculadas por simples diferença entre as vazões naturais totais previstas para os locais de aproveitamentos, conforme a expressão a seguir:

∑

−

=

Qtotprev

Qtotprev

Qincprev

Qincprev(x ; t) : vazão incremental prevista no aproveitamento x e no instante/semana t (m³/s).

Qtotprev(x ; t) : vazão natural total prevista no aproveitamento x e no instante/semana t (m³/s).

Qtotprev(xmon ; t) : vazão natural total prevista no aproveitamento xmon, pertencente o conjunto

dos aproveitamentos situados imediatamente a montante do aproveitamento x, e no instante/semana t (m³/s).

O processo de previsão de vazões naturais semanais no ONS é realizado, em geral, às quartas-feiras, para o Programa Mensal de Operação (PMO), e às quintas-feiras, para as revisões semanais do PMO. Nestes dias, os Agentes de Geração de aproveitamentos definidos como base enviam previsões de vazões naturais diárias dos próximos três ou dois dias, respectivamente, possibilitando ao ONS obter, a partir destas vazões diárias previstas e das naturais verificadas até o dia da previsão, a vazão semanal estimada da semana em curso (Q). Na FIGURA 4 é possível observar este esquema para a previsão em uma quarta-feira.

FIGURA 4 – Esquema Ilustrativo do Processo de Previsão de Vazões no ONS

O sistema PREVIVAZ (CEPEL, 2004), desenvolvido pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (CEPEL), possui um conjunto de modelos estocásticos univariados para calcular previsões de vazões semanais para os aproveitamentos integrantes do SIN, com um horizonte de até seis semanas à frente.

Este sistema é formado por até 94 modelagens estocásticas que contemplam os modelos auto-regressivos e de médias móveis, com estrutura estacionária ou periódica, ou seja, os modelos AR(p) e PAR(p), com “p” de até ordem 4, PARMA (p,1) e ARMA (p,1), com “p” de até ordem 3. As transformações podem ser logarítmica e Box & Cox, ou sem transformação (Guilhon, 2003). Os métodos de estimação de parâmetros se baseiam no método da máxima verossimilhança, utilizando-se o método dos momentos, o método de regressão simples e o de regressão em relação à origem das previsões.

O sistema PREVIVAZ funciona dividindo o histórico de vazões semanais em duas metades, estimando, para cada uma das 52 semanas, os parâmetros de todos os modelos estocásticos do sistema para a primeira metade do histórico e verificando o valor do índice (raiz quadrada) do erro médio quadrático (RMSE) para a segunda metade, conforme a equação a seguir.

(

)

T

Q

Q

RMSE

∑

−

=

Qprev,t : vazão prevista no instante t.

Qobs,t : vazão observada no instante t.

T : número total de semanas da metade do histórico considerada.

Em seguida, o sistema PREVIVAZ inverte, estimando os parâmetros de todos os modelos estocásticos do sistema para cada uma das 52 semanas, utilizando a segunda metade da série histórica, e verifica o erro médio quadrático para a primeira metade. Ao final, calcula-se então a média dos erros médios quadráticos das duas metades para todos os modelos e ordena-se de modo a escolher, dentre as 94 opções de modelo, aquele que apresente o menor valor médio de erro médio quadrático.

Após a escolha do modelo, o PREVIVAZ estima novamente os parâmetros, considerando agora todas as semanas do histórico completo e passa a utilizar esse modelo, com novos parâmetros estimados, para a previsão de vazões de cada semana específica, utilizando a tendência hidrológica, isto é, os últimos valores de vazões naturais semanais observados no histórico recente.

2. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

2.1. Dados Operativos e Fluviométricos

Foram disponibilizados, pelo ONS, os dados consolidados de vazões naturais, totais e incrementais, do período entre janeiro/1995 a dezembro/2007, dos aproveitamentos hidroelétricos no trecho correspondente à bacia do rio Paranaíba, incluindo Itumbiara, Nova Ponte, Corumbá IV, Corumbá I, Emborcação e Serra do Facão. Além dos locais de aproveitamento, foram disponibilizadas as séries dos postos fluviométricos de interesse aos estudos, incluindo Campo Alegre de Goiás, Fazenda São Domingos, Faz Boa Vista, Abadia dos Dourados, Porto dos Pereiras, Ponte Vicent Goulart Jusante, entre outros.

Os gráficos a seguir, FIGURA 5 a FIGURA 6, apresentam os histogramas com as séries de vazões médias diárias correspondentes a alguns postos fluviométricos da região, os quais serviram de insumo para determinação das séries de vazões diárias naturais disponibilizadas pelo ONS para os locais das sub-bacias modeladas.

0 200 400 600 800 1 000 1 200

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias) Campo Alegre de Goiás

Fazenda S.Domingos

FIGURA 5 – Série de Vazões Médias Diárias nos Postos Campo Alegre de Goiás e Fazenda São Domingos

0 200 400 600 800 1 000 1 200

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias) Abadia dos Dourados

Porto dos Pereiras

FIGURA 6 – Série de Vazões Médias Diárias nos Postos Abadia dos Dourados e Porto dos Pereiras

Da FIGURA 7 a FIGURA 12, são apresentados os histogramas com as séries de vazões médias diárias em algumas localidades consideradas importantes para análise, incluindo, respectivamente, as vazões naturais totais na UHE Corumbá IV, UHE Serra do Facão e UHE Nova Ponte, além das vazões incrementais referentes à UHE Emborcação (até UHE Serra do Facão), UHE Corumbá I (até Corumbá IV) e UHE Itumbiara (entre Corumbá I, Serra do Facão e Nova Ponte).

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias) UHE Corumbá IV

FIGURA 7 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Totais na UHE Corumbá IV

0 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias)

UHE Serra do Facão

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias)

UHE Nova Ponte

FIGURA 9 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Totais na UHE Nova Ponte

A partir das figuras seguintes, provavelmente devido ao próprio processo de modelagem e construção das vazões naturais incrementais, observa-se que as séries de vazões incrementais pode apresentar comportamento, algumas vezes, errático e pouco característico de rios dessa magnitude. Este fato deverá contribuir para aumentar, ainda mais, complexidade no desenvolvimento e aplicação de modelos previsores para essas bacias, sobretudo no que tange os modelos puramente estatísticos.

0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 1 750 2 000 2 250

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias)

Incr. Emborcação (S. Facão)

FIGURA 10 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na UHE Emborcação (até UHE Serra do Facão) 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias)

Incr. Corumbá I (Corumbá IV)

FIGURA 11 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na UHE Corumbá I (até Corumbá IV)

0 500 1 000 1 500 2 000 2 500

jan-95 jan-96 jan-97 jan-98 jan-99 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07

Va zã o (m ³/s) Tempo (dias)

Incr. Itumbiara (N.Pte. - Emb. - Corum. I)

FIGURA 12 – Série de Vazões Naturais Médias Diárias Incrementais na e UHE Itumbiara (entre Corumbá I, Serra do Facão e Nova Ponte)

Com base em uma análise dos valores médios mensais das séries de algumas dessas localidades, no período de dados disponíveis (1995 a 2007), observa-se que o período de estiagem acontece durante os meses de julho a outubro, com o período de vazões de cheia ocorrendo entre janeiro e março, conforme pode ser visto na FIGURA 13.

Ainda nesta figura, observa-se a diferença entre as bacias da margem direita (como Serra do Facão, Corumba IV e Corumba I) e da margem esquerda (como Nova Ponte, Emborcação e, mesmo Incremental Itumbiara), no que diz respeito ao comportamento das vazões máximas que ocorrem em Fev/Mar e Jan/Fev, respectivamente.

0 100 200 300 400 500 600 700

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Va zã o M éd ia M en sa l ( m ³/s) Meses Serra do Falcão Nova Ponte

Incr. Emborcação/ Serra do Falcão Corumbá IV

Incr. Corumbá I/ Corumbá IV Incr. Itumbiara / Npo-Bem-Cor

FIGURA 13 – Médias Mensais Anuais para Alguns Locais de Interesse

A FIGURA 14 apresenta a média de vazões anuais para o período entre 1995 a 2007. Nota-se que o ano de 2001 é, normalmente, o mais Nota-seco no período analisado. Os anos mais úmidos, aparentemente, são os anos mais recentes, como 2004 a 2007, existindo uma clara tendência no aumento das vazões dos últimos anos.

0 100 200 300 400 500 600 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Va zã o M éd ia A nu al (m ³/s) Anos

Serra do Falcão Nova Ponte Incr. Emborcação/ Serra do Falcão Corumbá IV

Incr. Corumbá I/ Corumbá IV Incr. Itumbiara / Npo-Bem-Cor

2.2. Dados Pluviométricos

2.2.1. Dados Pluviométricos Observados

A bacia correspondente ao trecho estudado, entre o alto da bacia do rio Paranaíba e a UHE

Itumbiara, tem uma área de drenagem de 94.728km2. Para esta região, foram identificados

para análise, pelo ONS, aproximadamente 125 postos pluviométricos potenciais para utilização no presente estudo. Com este número de postos a rede de observação teria uma

taxa de 758km2/posto pluviométrico. No entanto, muitas dessas estações encontram-se

desativadas, sem informações para o período de interesse ou distribuídas de forma irregular O QUADRO 4 apresenta a distribuição da rede hidrometeorológica por entidade responsável pela operação das estações pluviométricas em operação ou desativadas.

QUADRO 4 – Estações Pluviométricas Pré-Selecionadas por Entidade Responsável

RESPONSÁVEL OPERADOR ESTAÇÕES

ANA FURNAS 8 INMET INMET 11 DEPV DEPV 1 CEMIG CEMIG 17 CAESB CAESB 19 EMBRAPA EMBRAPA 3 ANA CPRM 44 ADASA JCTM 14 FURNAS FURNAS 4 ANA ANA 3 ANA DESATIVADA 1 TOTAL 125

A FIGURA 15 apresenta esquematicamente a localização das 125 estações previamente selecionadas pelo ONS para esta primeira análise de disponibilidade. Vale destacar que para locar as respectivas estações foram consideradas as coordenadas armazenadas no banco de dados on-line da Agência Nacional de Águas – ANA, Hidroweb. Estas coordenadas em alguns postos aparentam não ter detalhamento suficiente, podendo, em alguns casos, resultar em locais diferentes da realidade.

Apesar de muitos desses postos apresentarem observações iniciadas no início do século passado, devido às características e objetivos do presente estudo, foram analisados somente o período de dados recentes, mais especificamente, posteriores a janeiro/1995.

-21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 La tit ude Longitude

Estações Pluv. Avaliadas (125) Contorno Bacia Rio Paranaíba Total Serra do Facão

Increm. Emborcação (até S. do Facão) Total Nova Ponte

Increm. Corumbá I (até Corumbá IV) Increm. Itumbiara (até Cor. I-Emb.-N. Pte) Total Corumbá IV

FIGURA 15 – Localização das 125 Estações Pluviométricas Com Uso Potencial

A FIGURA 16 apresenta o número de estações pluviométricas que, de fato, contém registros diários ao longo do horizonte de tempo considerado para os estudos, entre 1995 a 2007. Nesta figura, observa-se que o número médio de estações ao longo do período de interesse gira em torno de 75 postos. Uma pequena redução do número de postos com dados é observada no ano de 1999 e a partir de meados de 2007, caindo para aproximadamente 65 postos. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ja n-95 ja n-96 ja n-97 ja n-98 ja n-99 ja n-00 ja n-01 ja n-02 ja n-03 ja n-04 ja n-05 ja n-06 ja n-07 ja n-08 ja n-09 Nú m er o de P os to s Co m D ad os Tempo (dias)

Número de Postos com Dados Número de postos com mais de 55 % de dados entre jan/95 a Dez/01 = 75

FIGURA 16 – Número de Estações Pluviométricas com Registros Diários ao Longo do Horizonte de Tempo dos Estudos

A FIGURA 17 apresenta uma análise esquemática da disponibilidade espacial de dados para os 125 postos, onde o diâmetro dos círculos representa a disponibilidade de dados em cada estação pluviométrica. Consequentemente, estações sem nenhum dado não são plotadas/visualizadas nesta figura.

No Anexo I, é apresentado um diagrama ilustrativo da situação de disponibilidade anual de dados pluviométricos para todas as 125 estações inicialmente identificadas.

-21.0 -20.0 -19.0 -18.0 -17.0 -16.0 -15.0 -52.0 -51.0 -50.0 -49.0 -48.0 -47.0 -46.0 La tit ude Longitude Incremental Itumbiara Incremental Corumba I Total Corumba IV Total Serra do Facão Total Nova Ponte Incremental Emborcação -21.0 -20.0 -19.0 -18.0 -17.0 -16.0 -15.0 -52.0 -51.0 -50.0 -49.0 -48.0 -47.0 -46.0 La tit ude Longitude Disponibilidade de Dados

FIGURA 17 – Representação Esquemática da Disponibilidade de Dados

A partir dos totais de chuva acumulados em 24 horas para cada dia do histórico foi possível calcular a correspondente chuva média na bacia. A FIGURA 18 apresenta a série de totais de chuva acumulados em 24 horas, considerando todos os 125 postos, seguida da FIGURA 19 com a série de chuva máxima acumulada em 24 horas para cada dia do período em análise. A FIGURA 20 apresenta o número de postos, para cada dia, que apresentam chuva acumulada em 24 horas maior ou igual a 120mm.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ja n-95 ja n-96 ja n-97 ja n-98 ja n-99 ja n-00 ja n-01 ja n-02 ja n-03 ja n-04 ja n-05 ja n-06 ja n-07 ja n-08 ja n-09 Ch uv a (mm) Tempo (dias)

Chuva Média (Todos os 125 Postos)

FIGURA 18 – Série de Chuva Média na Área de Estudo (Média de até 125 Postos)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ja n-95 ja n-96 ja n-97 ja n-98 ja n-99 ja n-00 ja n-01 ja n-02 ja n-03 ja n-04 ja n-05 ja n-06 ja n-07 ja n-08 ja n-09 Ch uv a (mm) Tempo (dias)

Chuva Máxima de Todos os Postos

0 1 2 3 4 5 ja n-95 ja n-96 ja n-97 ja n-98 ja n-99 ja n-00 ja n-01 ja n-02 ja n-03 ja n-04 ja n-05 ja n-06 ja n-07 ja n-08 ja n-09 N úm er o d e Po st os C om C hu va D iá ria > 1 20 mm Tempo (dias)

Postos Com Chuva Díaria > 120mm

3. ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS

Esta etapa do projeto consistiu das seguintes atividades: seleção das estações de interesse, análise de consistência dos dados pluviométricos disponibilizados pelo ONS, incluindo o preenchimento de falhas e cálculo da precipitação média em cada sub-bacia a ser modelada. Da extensa rede pluviométrica da bacia hidrográfica do rio Paranaíba, foram identificados, no início do estudo, pelo ONS, 125 postos pluviométricos, considerados com potencial para utilização no presente estudo.

3.1. Metodologia de Consistência de Dados

A FIGURA 21 apresenta um fluxograma resumindo as etapas que compreendem o processo de consistência pluviométrica de dados.

Identificação dos Postos Mais Próximos

Preenchimento de Dados Faltantes Análise de Dupla Massa Ponderação pelo Inverso do Quadrado da Distância Descarta de Eventos Notoriamente Inconsistentes Pré-Seleção dos Postos Descarte de Estações e Dados Inconscientes ou Não Representativos Preenchimento de Dados Descartados Cálculo da Série de Chuva Diária Média para cada Sub-bacia Identificação dos

Postos e Organização dos Dados

FIGURA 21 – Fluxograma das Atividades de Consistência dos Dados Pluviométricos Diários

Primeiramente, para análise de consistência das séries pluviométricas de cada posto, foram analisados todos os registros com altura de chuva, acumulada em 24 horas, superiores a 120mm. Esta análise consistiu no descarte dos registros considerados inconsistentes, ou seja, para os quais não foram observados, no dia anterior ou posterior a data em análise, em nenhum outro posto da bacia, alturas de chuva compatíveis com tais eventos.

Em seguida, foram elaboradas curvas duplo-acumulativas. Por esse método, também denominado dupla-massa, plotam-se os registros totais acumulados de um posto contra uma série acumulada representativa da mesma região, seja esta última obtida a partir de dados de um posto confiável ou de valores médios de vários postos.

Apesar de normalmente aplicado à séries de totais mensais, no presente estudo, o método de dupla massa foi utilizado considerando-se os totais acumulados em 24 horas, ou seja, séries de totais diários. A série de referência considerada foi a média de todos os postos disponíveis para cada dia do histórico. Para postos com suspeita de inconsistência, foi avaliada a relação duplo-acumulativo deste com alguns de seus vizinhos.

Para realização dos gráficos duplo-cumulativos, primeiramente foi necessário o preenchimento de dados faltantes. Para tanto foi utilizado o método de ponderação pelo inverso do quadrado da distância. Este método é capaz de preservar a importância relativa de cada posto vizinho sem exigir um grande esforço computacional, nem a aplicação de metodologias demasiadamente complexas.

Para o preenchimento de falhas foram selecionados os 5 (cinco) postos mais próximos de cada posto, sendo os pesos calculados com base nas distância entre estes e o posto analisado. Quando para uma determinada data, não estiver disponível registro de um desses 5 postos, o mesmo será descartado para o preenchimento desta data, sendo os pesos automaticamente recalculados.

A FIGURA 22 apresenta um esquema da metodologia empregada para o preenchimento de dados faltantes ou inconsistentes (descartados), considerando a ponderação pelo inverso do quadrado da distância. Y2 Y1 Y0 X2 X0 X1 P1 P2 Posto a ser preenchido

∑

























=

d

d

C

1

1

Peso

(

)

( )

∑

∑

⋅

=

C

P

C

P

Media

Chuva

(

) (

)

Distancia

d

=

y

−

y

+

x

−

x

Longitude L atit u de d1 d2 Posto base 1 Posto base 2

FIGURA 22 – Método para Preenchimento de Dados Faltantes e Inconsistentes considerando a Ponderação pelo Inverso do Quadrado da Distância

Uma vez identificados, através da análise dos gráficos de dupla massa, os períodos de dados inconsistentes foram descartados e preenchidos pelo mesmo procedimento utilizado para preenchimento de dados faltantes, ou seja, ponderação pelo inverso do quadrado da distância com os 5 postos mais próximos.

Postos considerados inapropriados, devido à longos períodos com falhas ou com dados inconsistentes, foram removidos da lista de postos para preenchimento de falhas, sendo toda a análise gráfica repetida, em um processo iterativo.

3.2. Seleção das Estações Pluviométricas Utilizadas nos Estudos

A seleção das estações pluviométricas, a serem utilizadas nos estudos de modelagem, consistiu das seguintes etapas:

a. Identificação, pelo ONS, de todos os postos dentro e próximo às bacias de interesse. b. Pré-seleção, realizada pela Hicon, identificando a disponibilidade de registros para os

períodos de interesse e localização dos mesmos.

c. Seleção final dos postos considerando a consistência dos dados disponíveis.

Da extensa rede pluviométrica da bacia hidrográfica do rio Paranaíba, no início dos estudos, foram identificados 125 postos pluviométricos, com potencial para utilização nos estudos. A escolha dessas estações baseou-se, sobretudo, em critérios de localização, ou seja, dentro ou nas imediações das sub-bacias estudadas.

Posteriormente, foi realizada uma pré-seleção dentre a lista de postos inicialmente elaborada, considerando-se alguns critérios para pré-seleção das estações, conforme apresentado a seguir:

a. Seleção de todas as estações com 55% ou mais de registros diários no período 1995-2001.

b. Seleção de estações nas bacias Incrementais de Corumbá I e Itumbiara com percentual de registros diários entre 47% a 55%, visando suprir a carência de postos nestas áreas.

c. Seleção das estações localizadas na região do DF com mais de 94% de registros diários. Esse descarta rigoroso de estações foi possível devido à grande quantidade de estações existentes nesta região.

d. Descarte de estações e dados considerados inconsistentes.

e. Descarte de estações consideradas de baixa representatividade, por estarem localizadas em regiões já com cobertura adequada de postos, sobretudo, na região norte da área de estudo, dando prioridade a estações com melhor qualidade de dados.

f. Seleção das estações telemétricas (informadas pelo ONS), para serem consideradas no período de Testes de Desempenho do Modelo, desde que não estejam localizadas excessivamente próximas uma das outras.

Em todos os postos selecionados foram estabelecidas séries de totais pluviométricos diários, sendo as falhas de observação preenchidas, pelo inverso do quadrado da distância, com informações dos cinco postos mais próximos do posto analisado.

A localização das estações pluviométricas pré-selecionadas foi considerada de acordo com as coordenadas (longitude-latitude) disponibilizadas no banco de dados Hidroweb, resultando na localização apresentado, esquematicamente, na FIGURA 23.

-21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 La tit ude Longitude

Estações PLU (>55% de dados) (75) Estações PLU (entre 47% e 55%) (1) Contorno Bacia Rio Paranaíba Total Serra do Facão

Increm. Emborcação (até S. do Facão) Total Nova Ponte

Increm. Corumbá I (até Corumbá IV) Increm. Itumbiara (até Cor. I-Emb.-N. Pte) Total Corumbá IV

FIGURA 23 – Localização das Estações Pluviométricas Convencionais Pré-Selecionadas e Consideradas na Etapa de Consistência de Dados (76 postos)

3.3. Análise de Consistência e Preenchimento de Falhas

O processo de análise e consistência de dados pluviométricos compreendeu a utilização de diversas técnicas, incluindo:

• Análise de eventos de grande magnitude.

• Análise da distribuição espacial (isoietas) dos valores médios anuais.

• Análise de dupla-massa entre dados diários.

A pré-seleção das estações pluviométricas resultou numa lista com 76 estações com disponibilidade de dados igual ou superior a 47% no período de 1995 a 2001, sendo uma com menos de 55% e 52 com mais de 93% de dados no período. Desta lista, observa-se, ainda, a grande concentração de estações na região norte da bacia, próximo ao Distrito Federal, totalizando 23 postos nesta região.

Com base nessas 76 estações pluviométricas, foi realizada a etapa de preenchimento de falhas e análise de consistência de dados. O processo para descarte de dados ou estações considerou os seguintes critérios:

• Descarte de estações e dados considerados inconsistentes.

• Descarte de estações consideradas de baixa representatividade, por estarem

localizadas em região já com cobertura adequada de postos.

• Descarte de estações consideradas de baixa representatividade, por estarem

A análise de consistência resultou no descarte de 2 estações pluviométricas, devido à baixa qualidade de dados, da lista de 76 estações.

A partir da inspeção dos gráficos de dupla massa, foram identificados seis postos pluviométricos para os quais alguns períodos se mostraram muito inconsistentes, tendo sido necessário o descarte e preenchimento desses períodos com base nos postos vizinhos. O QUADRO 5 resume o resultado da presente análise de consistência pluviométrica com base na metodologia proposta, detalhando ainda os períodos descartados e consistidos.

QUADRO 5 – Resumo dos Resultados da Análise de Consistência Pluviométrica

Nome Estação Código Estação

No.

Ordem Período de Dados Descartados e/ou Consistidos

BRAZLÂNDIA (QUADRA 18) 01548000 15 Estação Descartada: Baixa Qualidade de Dados ETA CABEÇA DE VEADO 01547019 32 Estação Descartada: Baixa Qualidade de Dados PONTE SÃO BARTOLOMEU 01647001 43 Estação Consistida: Período entre 01/02/2005 a 31/12/2005

CASCALHO RICO 01847007 78 Estação Consistida: Período entre 01/12/1994 a 28/02/1995 COROMANDEL 01847008 79 Estação Consistida: Período entre 01/12/2006 a 31/01/2007

3.3.1. Análise de Eventos Diários de Grande Magnitude

Primeiramente, foram analisados os eventos diários de grande magnitude registrados nos diversos postos da bacia. Esta atividade compreendeu a análise de todos os eventos para os quais pelo menos um dos postos apresenta registro igual ou superior a 120mm acumulado em 24 horas.

Para os postos com registro igual ou superior a 120mm, em um determinado dia, foram analisados os dados observados para outros postos vizinhos, tanto nesta mesma data, quanto para dias próximos, objetivando encontrar registros que justificassem esses grandes eventos. Esta análise indicou 12 eventos chuvosos com precipitação registrada acima de 120mm, conforme apresentado no QUADRO 6. Desses eventos, 5 foram considerados demasiadamente altos, sem correspondência observada em outros postos. Como consequência, esses registros foram descartados. Apesar dos outros 7 eventos também terem gerado certa desconfiança, optou-se por aceita-los como válidos, incorporando-os na continuidade dos estudos de modelagem.

QUADRO 6 – Eventos de Grande Intensidade Avaliados e Analisados Data Valor (mm) 2º Valor Mais Alto² (mm) 3º Valor Mais Alto² (mm) Média Global Bacia (mm) Código

Estação Nome da Estação

No.

Ordem3

Status do Evento Chuvoso

25/12/1994 165 62 62 11 01847007 Cascalho Rico1 78 descartado

19/03/1997 137 99 79 15 01547021 Barreiro Df-1301 17 aceito

09/12/1997 122 57 56 12 01948006 Fazenda Letreiro 108 aceito

20/11/1999 149 62 58 18 01946022 Carmo Do Paranaíba 100 descartado

19/11/2001 170 90 85 23 01847001 Estrela Do Sul 74 aceito

07/11/2003 146 98 97 15 01748014 Pires Do Rio 62 aceito

20/11/2003 123 82 65 17 01948006 Fazenda Letreiro 108 aceito

13/03/2006 134 85 76 13 01547017 Santa Maria1 13 aceito

03/11/2006 130 57 55 13 01747000 Ponte São Marcos1 54 descartado

28/11/2006 125 78 78 25 01848009 Xapetuba 86 aceito

07/12/2007 138 35 30 4 01847006 Três Ranchos 77 descartado

25/12/2007 134 56 42 11 01846002 Charqueada Do Patrocínio 67 descartado

NOTA 1: Os Postos 02148051 e 02246008 não estão entre os selecionados.

NOTA 2: “2º Valor” corresponde ao segundo valor registrado entre todos os postos incluindo o dia analisado, um dia posterior e um dia anterior.

NOTA 3: O “Número Ordem” correspondente a numeração apresentada na tabela do ANEXO II, Coluna N.

3.3.2. Análise Espacial das Chuvas Anuais

As estações pluviométricas selecionadas para o estudo estão apresentadas na FIGURA 24 e relacionadas na tabela do Anexo II, coluna “N”.

O segundo passo consistiu da realização de uma análise distribuída da precipitação em toda a bacia para os valores médios anuais, incluindo o período de 1995 a 2001, considerando todos os postos utilizados na etapa de calibração. Para os anos 2002 a 2007, foram considerados somente os valores médios correspondentes aos postos telemétricos ou respectivos postos equivalentes.

A distribuição espacial da precipitação média anual observada nos postos pluviométricos selecionados foi obtida a partir da interpolação pela técnica Kriging, com o a utilização do programa computacional Surfer 8.

Os resultados da análise espacial são apresentados nas figuras, a seguir, para os anos correspondentes as etapas de Calibração e Teste, FIGURA 25 e FIGURA 26, respectivamente. Vale destacar que os números indicados nos desenhos correspondem aos postos identificados conforme tabela do Anexo II, coluna “N”.

-49.5 -49 -48.5 -48 -47.5 -47 -46.5 -46 -20.5 -20 -19.5 -19 -18.5 -18 -17.5 -17 -16.5 -16 -15.5 -15 1 2 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 ₁₇ 19 21 32 33 34 35 36 37 43 44 45 51 52 55 56 57 58 59 60 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 82 83 84 85 86 87 90 91 92 93 94 95 96 97 100 101 102 103 104 105 108 111 118 122

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

Altitude (m)

FIGURA 24 – Localização das 76 Estações Pluviométricas Pré-Selecionadas e Analisadas

Os resultados da análise espacial são apresentados nas figuras, a seguir, para os anos correspondentes as etapas de Calibração e Teste, FIGURA 25 e FIGURA 26, respectivamente.