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Papers by Walter Collischonn
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2012
Um evento de chuva de intensidade excepcional ocorreu na região Sul do Estado do Rio Grande do Su... more Um evento de chuva de intensidade excepcional ocorreu na região Sul do Estado do Rio Grande do Sul, mais precisamente entre os municípios de Pelotas e Canguçu, entre os dias 28 e 29 de janeiro de 2009. Este evento resultou numa extraordinária cheia nos rios da região, em especial dos cursos d'água com áreas de drenagem da ordem de 100 km 2 , cujas bacias foram atingidas pelo núcleo com maior intensidade de precipitação, como os Arroios Teodósio, Fragata e Pelotas. Neste artigo é apresentada uma caracterização deste evento utilizando dados de pluviômetros e pluviógrafos com diferentes graus de confiabilidade, destacando se a rede de pluviógrafos e pluviômetros automáticos da EMBRAPA. Além disso, foram utilizadas imagens de radar para a análise da distribuição espacial das chuvas. Os dados foram comparados aos maiores eventos de chuva já registrados no mundo e no Brasil (segundo o INMET) e com as curvas IDF(intensidade-duração-frequência) ajustadas a partir de dois pluviógrafos localizados em Porto Alegre, que fica a 255 km de Pelotas. Conclui-se que este evento é, possivelmente, o mais intenso já registrado no Brasil no caso da duração de 3 horas e possivelmente também para as durações de 12 e 24 horas.
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2008
A simulação hidrológica da transformação da precipitação em vazão através de um modelo hidrológic... more A simulação hidrológica da transformação da precipitação em vazão através de um modelo hidrológico é utilizada na gestão dos recursos hídricos para dimensionamento, previsão e avaliação do comportamento dos processos, entre outros. As grandes bacias hidrográficas (> 10.000 km 2) possuem os mais variados efeitos de clima, geologia e antrópicos. A Amazônia é uma região que sofre importantes impactos antrópicos devido à expansão do desenvolvimento econômico. O modelo de Grandes Bacias, denominado MGB-IPH, foi aplicado na bacia Amazônica com o intuito de avaliar seu potencial de uso nessa bacia. Diferentes fontes de dados hidrológicos foram testadas. Utilizaram-se dados de precipitação diária da rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas (ANA) e de reanálises do NCEP/NCAR corrigidas pelo Center for Ocean Land Atmosphere (COLA). Para o cálculo da evapotranspiração, utilizaram-se informações climatológicas em nível mensal do International Satellite Land Surface Climatology Project (ISLSCP) e as provenientes das reanálises do NCEP/NCAR. O modelo foi aplicado na bacia do rio Madeira, um dos principais afluentes do rio Amazonas. Os resultados indicaram que a série de precipitação diária disponibilizada pelo COLA possui valores bastante próximos à série da ANA no período de 1979 a 1990. Na parte da bacia localizada fora do Brasil, a série de precipitação diária do COLA foi comparada com bases de dados que possuem série mensal. Em alguns pontos da bacia fez-se necessária a correção da precipitação utilizando-se essas mesmas bases. As simulações mostraram que o modelo reproduziu bem os processos hidrológicos, a despeito da limitação de informações hidrológicas na Amazônia.
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2009
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2008
ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with E... more ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with ENVISAT and JASON-2 altimetry in the one hand and the rain/discharge MGB model in the other hand. The MGB model is run over the 1998-2008 period with TRMM rain input. The altimetry data of ~500 series throughout the basin are used to determine rating curves that enable to tune the model parameters such as the depth and slope of small contributors still un-monitored, or the variations in Manning coefficient; and to make discharge series exceeding the time window of the model runs. With this case study, we show that the measurements collected today by conventional altimetry missions can be used to prepare SWOT in two directions: get geophysical values that will be necessary for the discharge algorithms of SWOT and compute discharge time series which will constitute an archive to be continued by SWOT.
Resumo-Este artigo apresenta uma discussão quanto à viabilidade de emprego de técnicas para adoçã... more Resumo-Este artigo apresenta uma discussão quanto à viabilidade de emprego de técnicas para adoção de hidrogramas ecológicos no país. As técnicas-cap (Austrália), Reserva (África do Sul) e manejo adaptativo (Estados Unidos)-apresentaram como necessidade a existência de estruturas para previsão de vazões, assim como definição de hidrogramas ecológicos por bacia e implementação de mercados de água, para o caso de aplicação de limite máximo de uso (cap). Abstract-This paper presents some assessment over the feasibility of applying existing techniques to adopt environmental flows which resemble the natural regime in the country. The techniques assessed herein are the Australian cap, the South Africa's Reserve and the American adaptive management. It was found out that there is a need of developing a framework to forecast streamflows, as well as defining environmental flows which resemble natural flows for each watershed and the implementation of water markets, in case of applying a cap. Palavras-Chave-hidrograma ecológico, sustentabilidade ambiental, vazão ecológica.
Este texto apresenta algumas reflexões sobre os critérios utilizados para definir as vazões reman... more Este texto apresenta algumas reflexões sobre os critérios utilizados para definir as vazões remanescentes em rios, e procura demonstrar a insuficiência do tradicional critério de vazão ecológica como um valor único, válido para todos os anos e para todas as estações do ano. A quantidade de água necessária para dar sustentabilidade ecológica a um rio é variável no tempo, e os critérios de definição de vazão remanescente nos rios devem contemplar não apenas as situações de vazões mínimas durante os períodos de estiagem, mas também os outros períodos que caracterizam o regime hidrológico. Também é apresentada uma metodologia de manejo adaptativo e ecologicamente sustentável da água, que vem sendo aplicada na América do Norte. Os desafios existentes no Brasil para a implementação de uma metodologia semelhante são discutidos e algumas oportunidades e necessidades de pesquisa são destacadas.
This paper presents some reflections on the in-stream flow requirements subject, and aims to prov... more This paper presents some reflections on the in-stream flow requirements subject, and aims to prove the insufficiency of the traditional in-stream flow criterion, as a unique reference value for every year and every season. The amount of water necessary to sustain river ecosystems is highly variable in time, so the in-stream flow requirements criteria should consider not only the low flow situations but also other parts of the hydrological regime. A methodology is presented herein, which may be an ecological sustainable water management tool, and that has been applied in North America. Potential challenges in the future implementation of such methodology in Brazil are presented and some research opportunities are highlighted.
ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with E... more ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with ENVISAT and JASON-2 altimetry in the one hand and the rain/discharge MGB model in the other hand. The MGB model is run over the 1998-2008 period with TRMM rain input. The altimetry data of ~500 series throughout the basin are used to determine rating curves that enable to tune the model parameters such as the depth and slope of small contributors still un-monitored, or the variations in Manning coefficient; and to make discharge series exceeding the time window of the model runs. With this case study, we show that the measurements collected today by conventional altimetry missions can be used to prepare SWOT in two directions: get geophysical values that will be necessary for the discharge algorithms of SWOT and compute discharge time series which will constitute an archive to be continued by SWOT.
ABSTRACT The Amazonian basin is the largest hydrological basin all over the world. Over the past ... more ABSTRACT The Amazonian basin is the largest hydrological basin all over the world. Over the past few years, it has experienced an unusual succession of extreme droughts and floods, which origin is still a matter of debate. One of the major issues in understanding such events is to get discharge series distributed over the entire basin. Satellite altimetry can be used to improve our knowledge of the hydrological stream flow conditions in the basin, through rating curves. Rating curves are mathematical relationships between stage and discharge at a given place. The common way to determine the parameters of the relationship is to compute the non-linear regression between the discharge and stage series. In this study, the discharge data was obtained by simulation through the entire basin using the MGB-IPH model with TRMM Merge input rainfall data and assimilation of gage data, run from 1998 to 2009. The stage dataset is made of ∼900 altimetry series at ENVISAT and Jason-2 virtual stations, sampling the stages over more than a hundred of rivers in the basin. Altimetry series span between 2002 and 2011. In the present work we present the benefits of using stochastic methods instead of probabilistic ones to determine a dataset of rating curve parameters which are hydrologicaly meaningful throughout the entire Amazon basin. The rating curve parameters have been computed using an optimization technique based on Markov Chain Monte Carlo sampler and Bayesian inference scheme. This technique provides an estimate of the best value for the parameters together with their posterior probability distribution, allowing the determination of a credibility interval for calculated discharge. Also the error over discharges estimates from the MGB-IPH model is included in the rating curve determination. These MGB-IPH errors come from either errors in the discharge derived from the gage readings or errors in the satellite rainfall estimates. The present experiment shows that the stochastic approach is more efficient than the determinist one. By using for the parameters prior credible intervals defined by the user, this method provides an estimate of best rating curve estimate without any unlikely parameter. Results were assessed trough the Nash Sutcliffe efficiency coefficient. Ens superior to 0.7 is found for most of the 920 virtual stations. From these results we were able to determinate a fully coherent map of river bed height, mean depth and Manning's roughness coefficient, information that can be reused in hydrological modeling. Bad results found at a few virtual stations are also of interest. For some sub-basins in the Andean piemont, the bad result confirms that the model failed to estimate discharges overthere. Other are found at tributary mouths experiencing backwater effects from the Amazon. Considering mean monthly slope at the virtual station in the rating curve equation, we obtain rated discharges much more consistent with modeled and measured ones, showing that it is now possible to obtain a meaningful rating curve in such critical areas.
The Pantanal is the world's largest tropical wetland, comprising c.150,000 km² of lowland floodpl... more The Pantanal is the world's largest tropical wetland, comprising c.150,000 km² of lowland floodplain in the Paraguay River basin. Its habitat diversity and climatological conditions support high biodiversity, including the richest wetland avifauna in the world. Recent increases in human activities in the region have raised concern about potential environmental impacts, especially impacts of dam building in the basin's highlands. In this paper we assess the hydrological effects of APM Manso Dam, 10 years after its initial flooding (1999), specifically the magnitude and timing of median annual maximum and minimum flows. Flow changes were assessed at 13 downstream gauging stations on the Manso, Cuiabá and Paraguay rivers, with consideration of the influence of climatic variability through the assessment of two nearby unaffected gauging stations over the same time frame. Preliminary results suggest that changes in magnitude of 1-day minimum flows occurred as far as 266 km downstream of APM Manso Dam, reaching the city of Cuiabá. Changes in the timing of 1-day minimum and in the magnitude of 1day maximum discharges are potentially reaching the city of Rosário Oeste, c. 122 km downstream of APM Manso Dam. Shift in the timing of 1-day maximum is limited to Manso River reaches. No clear alterations could be found at the heart of the Pantanal lowlands, which is located c. 400 km downstream of APM Manso dam. Further analysis is in progress, considering a larger set of flow statistics, including ecologically relevant hydrological statistics from IHA (Indicators of Hydrological Alteration) and RAP (River Analysis Package). Future studies on the ecological impacts of the dam will be based on this analysis of hydrological alterations in the Manso, Cuiabá and Paraguay rivers.
A previsão de vazões em tempo real consiste na utilização de modelos hidrológicos para prever a v... more A previsão de vazões em tempo real consiste na utilização de modelos hidrológicos para prever a vazão em tempos futuros. Esta previsão pode ser utilizada para alerta hidrológico e para melhorar a operação de sistemas hidrelétricos. Pode ser realizada com base em postos de vazão, com base na precipitação, ou então em ambos. Este artigo apresenta a descrição de uma metodologia de previsão de vazão afluente a reservatórios hidrelétricos baseada na transformação de chuva em vazão utilizando modelo hidrológico distribuído e incorporando previsões quantitativas de precipitação de um modelo meteorológico regional. A metodologia foi aplicada na bacia do rio Uruguai, até o reservatório de Machadinho localizado entre os Estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O método proposto foi verificado para três eventos de cheia ocorridos nos anos de 2001 e 2002. Os resultados mostram que a previsão de vazão pode beneficiar-se significativamente da previsão quantitativa de chuva.
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2012
Um evento de chuva de intensidade excepcional ocorreu na região Sul do Estado do Rio Grande do Su... more Um evento de chuva de intensidade excepcional ocorreu na região Sul do Estado do Rio Grande do Sul, mais precisamente entre os municípios de Pelotas e Canguçu, entre os dias 28 e 29 de janeiro de 2009. Este evento resultou numa extraordinária cheia nos rios da região, em especial dos cursos d'água com áreas de drenagem da ordem de 100 km 2 , cujas bacias foram atingidas pelo núcleo com maior intensidade de precipitação, como os Arroios Teodósio, Fragata e Pelotas. Neste artigo é apresentada uma caracterização deste evento utilizando dados de pluviômetros e pluviógrafos com diferentes graus de confiabilidade, destacando se a rede de pluviógrafos e pluviômetros automáticos da EMBRAPA. Além disso, foram utilizadas imagens de radar para a análise da distribuição espacial das chuvas. Os dados foram comparados aos maiores eventos de chuva já registrados no mundo e no Brasil (segundo o INMET) e com as curvas IDF(intensidade-duração-frequência) ajustadas a partir de dois pluviógrafos localizados em Porto Alegre, que fica a 255 km de Pelotas. Conclui-se que este evento é, possivelmente, o mais intenso já registrado no Brasil no caso da duração de 3 horas e possivelmente também para as durações de 12 e 24 horas.
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2008
A simulação hidrológica da transformação da precipitação em vazão através de um modelo hidrológic... more A simulação hidrológica da transformação da precipitação em vazão através de um modelo hidrológico é utilizada na gestão dos recursos hídricos para dimensionamento, previsão e avaliação do comportamento dos processos, entre outros. As grandes bacias hidrográficas (> 10.000 km 2) possuem os mais variados efeitos de clima, geologia e antrópicos. A Amazônia é uma região que sofre importantes impactos antrópicos devido à expansão do desenvolvimento econômico. O modelo de Grandes Bacias, denominado MGB-IPH, foi aplicado na bacia Amazônica com o intuito de avaliar seu potencial de uso nessa bacia. Diferentes fontes de dados hidrológicos foram testadas. Utilizaram-se dados de precipitação diária da rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Águas (ANA) e de reanálises do NCEP/NCAR corrigidas pelo Center for Ocean Land Atmosphere (COLA). Para o cálculo da evapotranspiração, utilizaram-se informações climatológicas em nível mensal do International Satellite Land Surface Climatology Project (ISLSCP) e as provenientes das reanálises do NCEP/NCAR. O modelo foi aplicado na bacia do rio Madeira, um dos principais afluentes do rio Amazonas. Os resultados indicaram que a série de precipitação diária disponibilizada pelo COLA possui valores bastante próximos à série da ANA no período de 1979 a 1990. Na parte da bacia localizada fora do Brasil, a série de precipitação diária do COLA foi comparada com bases de dados que possuem série mensal. Em alguns pontos da bacia fez-se necessária a correção da precipitação utilizando-se essas mesmas bases. As simulações mostraram que o modelo reproduziu bem os processos hidrológicos, a despeito da limitação de informações hidrológicas na Amazônia.
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2009
Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 2008
ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with E... more ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with ENVISAT and JASON-2 altimetry in the one hand and the rain/discharge MGB model in the other hand. The MGB model is run over the 1998-2008 period with TRMM rain input. The altimetry data of ~500 series throughout the basin are used to determine rating curves that enable to tune the model parameters such as the depth and slope of small contributors still un-monitored, or the variations in Manning coefficient; and to make discharge series exceeding the time window of the model runs. With this case study, we show that the measurements collected today by conventional altimetry missions can be used to prepare SWOT in two directions: get geophysical values that will be necessary for the discharge algorithms of SWOT and compute discharge time series which will constitute an archive to be continued by SWOT.
Resumo-Este artigo apresenta uma discussão quanto à viabilidade de emprego de técnicas para adoçã... more Resumo-Este artigo apresenta uma discussão quanto à viabilidade de emprego de técnicas para adoção de hidrogramas ecológicos no país. As técnicas-cap (Austrália), Reserva (África do Sul) e manejo adaptativo (Estados Unidos)-apresentaram como necessidade a existência de estruturas para previsão de vazões, assim como definição de hidrogramas ecológicos por bacia e implementação de mercados de água, para o caso de aplicação de limite máximo de uso (cap). Abstract-This paper presents some assessment over the feasibility of applying existing techniques to adopt environmental flows which resemble the natural regime in the country. The techniques assessed herein are the Australian cap, the South Africa's Reserve and the American adaptive management. It was found out that there is a need of developing a framework to forecast streamflows, as well as defining environmental flows which resemble natural flows for each watershed and the implementation of water markets, in case of applying a cap. Palavras-Chave-hidrograma ecológico, sustentabilidade ambiental, vazão ecológica.
Este texto apresenta algumas reflexões sobre os critérios utilizados para definir as vazões reman... more Este texto apresenta algumas reflexões sobre os critérios utilizados para definir as vazões remanescentes em rios, e procura demonstrar a insuficiência do tradicional critério de vazão ecológica como um valor único, válido para todos os anos e para todas as estações do ano. A quantidade de água necessária para dar sustentabilidade ecológica a um rio é variável no tempo, e os critérios de definição de vazão remanescente nos rios devem contemplar não apenas as situações de vazões mínimas durante os períodos de estiagem, mas também os outros períodos que caracterizam o regime hidrológico. Também é apresentada uma metodologia de manejo adaptativo e ecologicamente sustentável da água, que vem sendo aplicada na América do Norte. Os desafios existentes no Brasil para a implementação de uma metodologia semelhante são discutidos e algumas oportunidades e necessidades de pesquisa são destacadas.
This paper presents some reflections on the in-stream flow requirements subject, and aims to prov... more This paper presents some reflections on the in-stream flow requirements subject, and aims to prove the insufficiency of the traditional in-stream flow criterion, as a unique reference value for every year and every season. The amount of water necessary to sustain river ecosystems is highly variable in time, so the in-stream flow requirements criteria should consider not only the low flow situations but also other parts of the hydrological regime. A methodology is presented herein, which may be an ecological sustainable water management tool, and that has been applied in North America. Potential challenges in the future implementation of such methodology in Brazil are presented and some research opportunities are highlighted.
ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with E... more ABSTRACT We present a study conducted in the Amazon basin to compute distributed discharge with ENVISAT and JASON-2 altimetry in the one hand and the rain/discharge MGB model in the other hand. The MGB model is run over the 1998-2008 period with TRMM rain input. The altimetry data of ~500 series throughout the basin are used to determine rating curves that enable to tune the model parameters such as the depth and slope of small contributors still un-monitored, or the variations in Manning coefficient; and to make discharge series exceeding the time window of the model runs. With this case study, we show that the measurements collected today by conventional altimetry missions can be used to prepare SWOT in two directions: get geophysical values that will be necessary for the discharge algorithms of SWOT and compute discharge time series which will constitute an archive to be continued by SWOT.
ABSTRACT The Amazonian basin is the largest hydrological basin all over the world. Over the past ... more ABSTRACT The Amazonian basin is the largest hydrological basin all over the world. Over the past few years, it has experienced an unusual succession of extreme droughts and floods, which origin is still a matter of debate. One of the major issues in understanding such events is to get discharge series distributed over the entire basin. Satellite altimetry can be used to improve our knowledge of the hydrological stream flow conditions in the basin, through rating curves. Rating curves are mathematical relationships between stage and discharge at a given place. The common way to determine the parameters of the relationship is to compute the non-linear regression between the discharge and stage series. In this study, the discharge data was obtained by simulation through the entire basin using the MGB-IPH model with TRMM Merge input rainfall data and assimilation of gage data, run from 1998 to 2009. The stage dataset is made of ∼900 altimetry series at ENVISAT and Jason-2 virtual stations, sampling the stages over more than a hundred of rivers in the basin. Altimetry series span between 2002 and 2011. In the present work we present the benefits of using stochastic methods instead of probabilistic ones to determine a dataset of rating curve parameters which are hydrologicaly meaningful throughout the entire Amazon basin. The rating curve parameters have been computed using an optimization technique based on Markov Chain Monte Carlo sampler and Bayesian inference scheme. This technique provides an estimate of the best value for the parameters together with their posterior probability distribution, allowing the determination of a credibility interval for calculated discharge. Also the error over discharges estimates from the MGB-IPH model is included in the rating curve determination. These MGB-IPH errors come from either errors in the discharge derived from the gage readings or errors in the satellite rainfall estimates. The present experiment shows that the stochastic approach is more efficient than the determinist one. By using for the parameters prior credible intervals defined by the user, this method provides an estimate of best rating curve estimate without any unlikely parameter. Results were assessed trough the Nash Sutcliffe efficiency coefficient. Ens superior to 0.7 is found for most of the 920 virtual stations. From these results we were able to determinate a fully coherent map of river bed height, mean depth and Manning's roughness coefficient, information that can be reused in hydrological modeling. Bad results found at a few virtual stations are also of interest. For some sub-basins in the Andean piemont, the bad result confirms that the model failed to estimate discharges overthere. Other are found at tributary mouths experiencing backwater effects from the Amazon. Considering mean monthly slope at the virtual station in the rating curve equation, we obtain rated discharges much more consistent with modeled and measured ones, showing that it is now possible to obtain a meaningful rating curve in such critical areas.
The Pantanal is the world's largest tropical wetland, comprising c.150,000 km² of lowland floodpl... more The Pantanal is the world's largest tropical wetland, comprising c.150,000 km² of lowland floodplain in the Paraguay River basin. Its habitat diversity and climatological conditions support high biodiversity, including the richest wetland avifauna in the world. Recent increases in human activities in the region have raised concern about potential environmental impacts, especially impacts of dam building in the basin's highlands. In this paper we assess the hydrological effects of APM Manso Dam, 10 years after its initial flooding (1999), specifically the magnitude and timing of median annual maximum and minimum flows. Flow changes were assessed at 13 downstream gauging stations on the Manso, Cuiabá and Paraguay rivers, with consideration of the influence of climatic variability through the assessment of two nearby unaffected gauging stations over the same time frame. Preliminary results suggest that changes in magnitude of 1-day minimum flows occurred as far as 266 km downstream of APM Manso Dam, reaching the city of Cuiabá. Changes in the timing of 1-day minimum and in the magnitude of 1day maximum discharges are potentially reaching the city of Rosário Oeste, c. 122 km downstream of APM Manso Dam. Shift in the timing of 1-day maximum is limited to Manso River reaches. No clear alterations could be found at the heart of the Pantanal lowlands, which is located c. 400 km downstream of APM Manso dam. Further analysis is in progress, considering a larger set of flow statistics, including ecologically relevant hydrological statistics from IHA (Indicators of Hydrological Alteration) and RAP (River Analysis Package). Future studies on the ecological impacts of the dam will be based on this analysis of hydrological alterations in the Manso, Cuiabá and Paraguay rivers.
A previsão de vazões em tempo real consiste na utilização de modelos hidrológicos para prever a v... more A previsão de vazões em tempo real consiste na utilização de modelos hidrológicos para prever a vazão em tempos futuros. Esta previsão pode ser utilizada para alerta hidrológico e para melhorar a operação de sistemas hidrelétricos. Pode ser realizada com base em postos de vazão, com base na precipitação, ou então em ambos. Este artigo apresenta a descrição de uma metodologia de previsão de vazão afluente a reservatórios hidrelétricos baseada na transformação de chuva em vazão utilizando modelo hidrológico distribuído e incorporando previsões quantitativas de precipitação de um modelo meteorológico regional. A metodologia foi aplicada na bacia do rio Uruguai, até o reservatório de Machadinho localizado entre os Estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina. O método proposto foi verificado para três eventos de cheia ocorridos nos anos de 2001 e 2002. Os resultados mostram que a previsão de vazão pode beneficiar-se significativamente da previsão quantitativa de chuva.