Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/34007
Type: Tese
Title: Alterações de padrão de vazão decorrentes da operação de pequenos aproveitamentos hidrelétricos em cascata e previsão de série horária em afluentes do Pantanal
Authors: Rafael Pedrollo de Paes
First Advisor: Veber Afonso Figueiredo Costa
First Co-advisor: Wilson dos Santos Fernandes
First Referee: Luiz Rafael Palmier
Second Referee: Francisco Eustáquio Oliveira e Silva
Third Referee: Carlos Henrique Ribeiro Lima
metadata.dc.contributor.referee4: Ibraim Fantin da Cruz
Abstract: Aproveitamentos hidrelétricos (AHs) de pequeno porte e com barragem de nível têm sido construídos em diversos países, com o argumento de promoverem pouca interferência nos sistemas hídricos. No entanto, recentes estudos questionam sua implantação de forma indiscriminada, especialmente quando esses AHs são operados em ecossistemas com frágil sensibilidade ambiental. Nesse sentido, o presente estudo se direciona para a compreensão do comportamento hídrico de curto período em um sistema de cascata de pequenos AHs. Primeiramente, foram estudadas as alterações do padrão de vazão em estações fluviométricas intermediárias aos AHs. Foram utilizadas abordagens no domínio do tempo e técnicas de processamento de sinais no domínio multirresolução tempo-frequência, via transformada wavelet contínua. Em segundo momento, foram propostos modelos de regressão não-linear para previsão de séries horárias de vazão, visando a implantação de um sistema de alertas de curto período, com enfoque nas vazões mínimas. Para tanto, foram desenvolvidos modelos de redes neurais artificiais, técnica relativamente conhecida no meio científico, e de regressão por Processos Gaussianos, ainda em amplo desenvolvimento, sobretudo no emprego em recursos hídricos. Foram verificadas a viabilidade de decomposição de série temporal via transformada wavelet discreta e via decomposição por modos empíricos. A previsão de vazões ocorreu entre estações adjacentes, com variabilidade temporal e com variabilidade espacial na bacia. A aplicação da metodologia foi na bacia hidrográfica do rio Jauru, Mato Grosso, região de borda de planície de inundação do Pantanal. Nessa bacia, há operação de seis AHs e monitoramento horário de vazões por meio de oito estações telemétricas. O primeiro grupo de resultados apontou indícios de distúrbios dos padrões naturais de vazão, em geral, com aumento de oscilação dos hidrogramas, intensificação dos menores ciclos e ruptura dos maiores ciclos. No que compete à previsão de vazões, os modelos híbridos de regressão por Processos Gaussianos combinados às séries decompostas por transformada wavelet discreta demonstraram maior robustez. Consoante à identificação das perturbações dos ciclos de vazão na primeira etapa, os modelos de previsão se mostraram aptos a reproduzir as séries, especialmente nas cinco estações de montante. Não obstante algumas limitações na previsão das três séries de jusante, os resultados podem servir de subsídio à construção de um sistema de alertas de vazões críticas, viabilizando a melhor compatibilidade dos interesses no uso dos recursos hídricos.
Abstract: Run-of-river small hydropower plants (SHP) have been built in many countries, based on the argument that they exert little influence on water resources systems. Nevertheless, recent studies have questioned their indiscriminate implementation, especially when these SHP are operated in ecosystems acknowledged for being fragile environments. In this regard, the present study aims to understand the short-term behavior of the streamflow signals in a system compounded by hydropower plants in a cascade arrangement. First, by taking into account streamgauges placed in the intermediate course of the river, one may study the effects of SHPs on the discharge cyclic patterns. For this purpose, the used approaches were the analysis of the hydrographs by the time domain and handling the signal processing technique with the multiresolution time-frequency domain, by the continuous wavelet transform. In a second moment, nonlinear regression models for forecasting hourly time series were developed, aiming at implementing a short-period warning system, focusing on minimum discharges. Therefore, the constructed models were the neural network, a relatively known technique in the scientific community, and the Gaussian Processes regression, which is still in broad development, mainly with regard to its usage in water resources problems. The viability of the time series decomposition was verified via discrete wavelet transform and via empirical mode decomposition. The univariate streamflow forecasting occurred with adjacent streamgauges, and also with the temporal and the spatial variability at the basin. Application of the methods were conducted at the Jauru river basin, Brazilian state of Mato Grosso, in the border region of the Pantanal wetland, where there are six SHPs and eight streamgauges under operation. The first group of results evidenced disturbance in the natural discharge patterns with increasing oscillations, intensifying the smallest cycles and dissolving the largest ones. With respect to streamflow forecasting, the hybrid model combining the Gaussian Processes and the wavelet decomposition demonstrated greater robustness. According to the identification of the disrupting of streamflow cycles in the first stage, the forecasting models were, to some extent, able of reproducing the series, especially at the five upstream gauges. Despite some limitations with the three downstream series forecasting, the results may serve as a subsidy for the creation of a warning system of critical discharges at the basin, enabling a better trade-off between the interests with the use of the water resources.
Subject: Engenharia sanitária
Recursos hídricos - Desenvolvimento
Barragens e açudes
Usinas hidrelétricas - Aspectos ambientais
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/34007
Issue Date: 26-Jun-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado



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