RESUMO
Climate change models project that, within the Caribbean basin, rainfall intensity is likely to increase toward the end of this century, although the region is projected to be drier overall. This may affect the frequency and severity of floods in Jamaica and the Caribbean Small Island Developing States. We investigate how flood hazards may be affected by increases in global mean surface temperature of 1.5, 2.0 and 2.5°C above pre-industrial levels using a case study of a Jamaican watershed. Rainfall projections from the PRECIS regional climate model for the Caribbean are analysed. Six members from the Quantifying Uncertainty in Model Predictions (AENWH, AEXSA, AEXSC, AEXSK, AEXSL and AEXSM) were used to create 100-year flood inundation maps for the Hope river for different global warming levels using hydrological and hydraulic models. Model runs projected peak discharges at 2.0, 2.5 and 1.5°C warming that were higher than discharges in the historical record of events that damaged sections of the watershed. Projections from the hydraulic model show increased flow area, depth and extent for 1.5 followed by 2.0 and 2.5°C rises in temperature. These results imply continued flood risk for the vulnerable areas of the watershed. This article is part of the theme issue 'Developing resilient energy systems'.
Assuntos
Biodiversidade , Inundações , Mudança Climática , Hidrologia , Jamaica , TemperaturaRESUMO
ABSTRACT This work presented the development and testing of a large-scale rainfall simulator (LSRS) to be used as a research tool on rainfall-runoff and associated transport processes in urban areas. The rainfall simulator consists of a pressurized water supply system which supplies a set of 16 full-cone nozzles. Artificial rainfall with different rainfall intensities can be produced over an area of 100 m2 in a V shape. The assembly is housed in a tailor-made acrylic structure to eliminate the influence of wind and natural rainfall. Runoff is measured and collected at the outlet of the drainage basin, from where it is pumped to a storage tank that enables the reuse of water. Runoff hydrographs and pollutographs are presented as examples of possible outcomes from this facility. The LSRS is showed to be able to reproduce the rainfall-runoff and pollutant transport processes under simulated rainfall events with intensity and spatial uniformity similar to other experiments described in the literature.
RESUMO Este trabalho apresentou o desenvolvimento e teste de um simulador de chuva em larga escala (large-scale rainfall simulator — LSRS) para utilização em pesquisa sobre o processo de chuva-vazão e processos associados em áreas urbanas. O simulador é composto por um sistema pressurizado de abastecimento de água que abastece um conjunto de 16 bicos aspersores. Chuvas artificiais com diferentes intensidades de precipitação podem ser produzida sobre uma bacia de drenagem com área de 100.0 m2 em forma de V. O simulador é protegido por uma estrutura em acrílico que elimina a influência do vento e da chuva natural. A vazão é medida e coletada no exutório da bacia de drenagem, de onde é bombeada para um reservatório de armazenamento que permite a reutilização da água. Hidrogramas de vazão e polutogramas são apresentados como exemplos de possíveis resultados de ensaios a serem realizados com este equipamento. O LSRS demonstrou ser possível reproduzir o processo de chuva-vazão e processos associados sob eventos de chuva simulada com intensidade e distribuição espacial semelhantes a outros experimentos descritos na literatura.
RESUMO
Hydraulic projects and water management require reliable hydrological data. The Araguaia-Tocantins River basin, in addition to agricultural use, has great potential for hydroelectric exploitation. However, the streamflow monitoring network in the Araguaia River basin is composed of only a few stations, resulting in a lack of hydrological data. The regionalization of the reference streamflows is a technique that can help circumvent this lack of data, enabling the estimation of streamflows from easily obtainable explanatory variables. In this context, the objective of this study was to develop regional functions for the maximum streamflow (Qmax) applicable to different Return Periods (RP), the long-term mean streamflow (Qmlt) and the 95% streamflow permanence (Q95) of the upper and middle Araguaia River sub-basins. The dimensionless streamflow methodology was adopted with the drainage area as an explanatory variable. The tested regressive models were the linear, potential and quotient models. Leave-one-out cross-validation was used to assess the quality of the regional models. Ten statistical distributions of 2 to 5 parameters were used. (i) Satisfactory results were obtained for all reference streamflows. (ii) The cross-validation technique proved to be essential for the selection of the most robust model. (iii) The quotient model was shown to be superior to the potential linear model in most cases.(AU)
Projetos hidráulicos e a gestão da água demandam dados hidrológicos confiáveis. A bacia hidrográfica do rio Araguaia-Tocantins, além do uso agrícola, apresenta grande potencial para exploração hidroelétrica. No entanto, a rede de monitoramento fluviométrico na bacia hidrográfica do rio Araguaia apresenta densidade reduzida de estações, o que implica na falta de dados hidrológicos. A regionalização de vazões de referência é uma técnica que pode ajudar a contornar essa insuficiência de dados, propiciando a estimativa de vazões a partir de variáveis explicativas de fácil obtenção. Neste contexto, objetivou-se desenvolver funções regionais para vazão máxima (Qmax) aplicáveis a diferentes Períodos de Retorno (RP), vazão média em longo prazo (Qmlt) e vazão com 95% de permanência (Q95) para as sub-bacias de alto e médio curso do rio Araguaia. Adotou-se a metodologia da vazão adimensional e a área de drenagem como variável explicativa. Os modelos regressivos testados foram o linear, potencial e quociente. Empregou-se para verificação da qualidade dos modelos regionais a validação-cruzada leave-one-out. Utilizou-se 10 distribuições estatística de 2 a 5 parâmetros. (i) Obtiveram-se resultados satisfatórios para todas as vazões de referência. (ii) A técnica de validação cruzada mostrou-se essencial para a seleção do modelo mais robusto. (iii) O modelo de quociente mostrou-se superior ao modelo potencial e linear na maioria dos casos.(AU)
Assuntos
Regionalização da Saúde , Vazão de Água , Bacias Hidrográficas , Estatísticas HidrológicasRESUMO
Hydraulic projects and water management require reliable hydrological data. The Araguaia-Tocantins River basin, in addition to agricultural use, has great potential for hydroelectric exploitation. However, the streamflow monitoring network in the Araguaia River basin is composed of only a few stations, resulting in a lack of hydrological data. The regionalization of the reference streamflows is a technique that can help circumvent this lack of data, enabling the estimation of streamflows from easily obtainable explanatory variables. In this context, the objective of this study was to develop regional functions for the maximum streamflow (Qmax) applicable to different Return Periods (RP), the long-term mean streamflow (Qmlt) and the 95% streamflow permanence (Q95) of the upper and middle Araguaia River sub-basins. The dimensionless streamflow methodology was adopted with the drainage area as an explanatory variable. The tested regressive models were the linear, potential and quotient models. Leave-one-out cross-validation was used to assess the quality of the regional models. Ten statistical distributions of 2 to 5 parameters were used. (i) Satisfactory results were obtained for all reference streamflows. (ii) The cross-validation technique proved to be essential for the selection of the most robust model. (iii) The quotient model was shown to be superior to the potential linear model in most cases.
Projetos hidráulicos e a gestão da água demandam dados hidrológicos confiáveis. A bacia hidrográfica do rio Araguaia-Tocantins, além do uso agrícola, apresenta grande potencial para exploração hidroelétrica. No entanto, a rede de monitoramento fluviométrico na bacia hidrográfica do rio Araguaia apresenta densidade reduzida de estações, o que implica na falta de dados hidrológicos. A regionalização de vazões de referência é uma técnica que pode ajudar a contornar essa insuficiência de dados, propiciando a estimativa de vazões a partir de variáveis explicativas de fácil obtenção. Neste contexto, objetivou-se desenvolver funções regionais para vazão máxima (Qmax) aplicáveis a diferentes Períodos de Retorno (RP), vazão média em longo prazo (Qmlt) e vazão com 95% de permanência (Q95) para as sub-bacias de alto e médio curso do rio Araguaia. Adotou-se a metodologia da vazão adimensional e a área de drenagem como variável explicativa. Os modelos regressivos testados foram o linear, potencial e quociente. Empregou-se para verificação da qualidade dos modelos regionais a validação-cruzada leave-one-out. Utilizou-se 10 distribuições estatística de 2 a 5 parâmetros. (i) Obtiveram-se resultados satisfatórios para todas as vazões de referência. (ii) A técnica de validação cruzada mostrou-se essencial para a seleção do modelo mais robusto. (iii) O modelo de quociente mostrou-se superior ao modelo potencial e linear na maioria dos casos.
Assuntos
Bacias Hidrográficas , Estatísticas Hidrológicas , Regionalização da Saúde , Vazão de ÁguaRESUMO
The use of robotics in disaster scenarios has become a reality. However, an Unmanned Surface Vehicle (USV) needs a robust navigation strategy to face unpredictable environmental forces such as waves, wind, and water current. A starting step toward this goal is to have a programming environment with realistic USV models where designers can assess their control strategies under different degrees of environmental disturbances. This paper presents a simulation environment integrated with robotic middleware which models the forces that act on a USV in a disaster scenario. Results show that these environmental forces affect the USV's trajectories negatively, indicating the need for more research on USV control strategies considering harsh environmental conditions. Evaluation scenarios were presented to highlight specific features of the simulator, including a bridge inspection scenario with fast water current and winds.
RESUMO
RESUMO No processo de urbanização, o aumento na proporção de superfícies impermeabilizadas e as mudanças no uso do solo são responsáveis por maiores volumes e velocidades do escoamento superficial, refletindo em uma maior capacidade de arraste e em um maior aporte de nutrientes nos corpos d'água receptores. O objetivo deste trabalho foi implementar uma ferramenta matemática capaz de reproduzir o impacto de mudanças na bacia hidrográfica sobre a dinâmica do fitoplâncton em um lago urbano. Neste artigo são apresentados o desenvolvimento e os resultados de um modelo integrado constituído de um modelo hidrológico, para simular vazões escoadas em uma bacia hidrográfica, e de um modelo hidrodinâmico e ecológico, para simular a biomassa fitoplanctônica em um corpo d'água urbano. A Lagoa da Pampulha (Belo Horizonte, Minas Gerais), escolhida como estudo de caso, foi intensamente monitorada, assim como sua bacia de drenagem, entre outubro de 2011 e junho de 2013. Os dados obtidos foram utilizados para calibrar e validar ambos os modelos. Os resultados obtidos com o modelo hidrológico mostraram-se coerentes com as medidas realizadas em campo (o coeficiente de Nash variou entre 0,70 e 0,88). O modelo da lagoa representou corretamente a evolução da comunidade fitoplanctônica (erro médio absoluto normalizado: 0,25-0,42 e o coeficiente de Pearson: 0,82-0,89; p<0,0001). O monitoramento e a modelagem da lagoa mostraram que a proliferação de cianobactérias é bastante perturbada pelas desestratificações térmicas que ocorrem na lagoa em virtude de eventos meteorológicos. A ferramenta de simulação desenvolvida possui potencial para avaliar diferentes cenários de mudança das condições climáticas e das características da bacia, podendo auxiliar na gestão dos corpos d'água situados em meio urbano.
ABSTRACT In urban areas the increasing imperviousness is responsible for rising runoff volume and speed, leading to a greater capacity to load nutrients and pollutants into reservoirs. In order to study the impacts of catchment changes on the phytoplankton dynamics in urban lakes, a modelling approach in which a hydrological model is connected to an ecological lake model is proposed for Lake Pampulha (Brazil). In this paper we present the methodology used to link both models. Lake Pampulha and its catchment area were intensively monitored between October 2011 and June 2013 in order to provide data for the calibration and validation of both models. The results of the hydrologic model showed good agreement with the in situ measurements, and the Nash coefficient ranged from 0.70 to 0.88. The lake ecological model have successfully represented the cyanobacteria dynamics (normalized mean average error: 0.25-0.42, Pearson coefficient: 0.82-0.89, p<0.0001). Monitoring and modelling showed that cyanobacteria blooms are quite disturbed by water column mixing caused by rain events. The mathematical tool developed here can be used to assess different scenarios of climate changes or catchment area changes and can be very helpful for the management of urban water resources.