Hidrologia da Amazônia

Hidrologia da Amazônia

Diversos estudos têm sido realizados no Grupo de Pesquisa em Hidrologia de Grande Escala (HGE) no contexto da hidrologia da bacia Amazônica, integrando modelagem hidrológica-hidrodinâmica e sensoriamento remoto, e abordando aspectos como impactos de mudanças climáticas e outras ações antrópicas, compreensão de processos hidrológicos e hidráulicos nas planícies amazônicas, transporte de sedimentos, entre outros.

A seguir estão descritos alguns destes trabalhos.

Figura. (a) Bacia Amazônica, (b) discretização em minibacias e (c) rede de drenagem simulada por Paiva et al. (2013) em aplicação do modelo MGB-IPH na bacia Amazônica. Fonte: Paiva et al., WRR 2013.

Modelagem hidrológica-hidrodinâmica da bacia Amazônica

Resumo: Desenvolvimento do modelo MGB-IPH com propagação hidrodinâmica para a bacia Amazônica, e aplicações em previsão hidrológica e assimilação de dados de altimetria.

Pesquisadores: Rodrigo Paiva, Diogo Buarque, Walter Collischonn

Publicações:

Modelagem hidrossedimentológica da bacia Amazônica

Resumo: A bacia do rio Amazonas é a maior bacia fluvial do mundo (6.106 km2), transportando elevada carga de sedimentos para o Oceano. Com rios de grandes porte e extensas planícies de inundações controlando a dinâmica de sedimentos, a bacia tem sido pesquisada buscando compreender sua dinâmica de sedimentos. Porém, os pousos estudos envolvendo a modelagem matemática geralmente avaliam isoladamente a produção de sedimentos na bacia, o transporte nos trechos de rios ou a dinâmica em planícies. Desta forma, a aplicação de modelos matemáticos que estimem a erosão do solo na bacia e o transporte de sedimentos nos trechos de rios, de forma distribuída no tempo e no espaço, e que seja capaz de representar a hidráulica fluvial em grandes bacias, ainda é um desafio na Amazônia. Buarque (2015) desenvolveu um modelo sedimentológico acoplado ao modelo hidrológico MGB-IPH (FAN E COLLISCHONN, 2014) e o aplicou na bacia do Rio Madeira. Porém, o modelo possui limitações que podem ser avaliadas buscando sua melhoria. A pesquisa visa o aprimoramento do referido modelo e sua aplicação em toda a bacia Amazônica, bem como demais bacias da América do Sul. Pretende-se, também, testar métodos alternativos de simulação de sedimentos e novas fontes de informações buscando desenvolver conhecimentos relacionados à modelagem em grande escala.

Pesquisadores: Diogo Costa Buarque, Walter Collischonn, Fernando Mainardi Fan, Rodrigo Cauduro Dias de Paiva, Hugo Oliveira Fagundes, Brunella Sellitti Borge

Restrospectiva hidrológica da Amazônia
Resumo: Desenvolvimento de uma reanalise hidrológica da bacia Amazônica especialmente para avaliar eventos extremos passados como cheias e secas durante o seculo XX e décadas recentes, através da: validação de diversas bases de dados globais de precipitação diária, da modelagem hidrológica-hidrodinâmica e da assimilação de dados.

Pesquisadores: Sly Wongchuig, Rodrigo Paiva, Jhan Carlo Espinoza, Walter Collischonn

Publicações:

Wongchuig et al., Assimilation of future SWOT-based river elevations, surface extent and discharge observations into uncertain global hydrological models, Journal of Hydrology 2020.

Wongchuig et al., Hydrological reanalysis across the 20th century: A case study of the Amazon Basin, Journal of Hydrology 2019.

Wongchuig et al., Multi-decadal Hydrological Retrospective: Case study of Amazon floods and droughts, Journal of Hydrology 2017.

Investigação de caminhos hidrológicos e a influência das planícies de inundação no tempo de residência da água na Bacia Amazônica
Resumo: O tempo que a água fica retida nos rios e planícies de inundação afeta diretamente os processos biogeoquímicos e ecológicos relacionados com os ciclos hidrológicos.
A análise do tempo de viagem e de residência em grandes sistemas hidrológicos, e sua variabilidade no tempo e no espaço, ainda é um desafio.
Neste trabalho foi desenvolvido um modelo numérico de rastreamento de águas probabilístico para aplicação em bacias hidrográficas.
Experimentos numéricos foram utilizados para estudar a dinâmica do escoamento de água na bacia Amazônica, tais como as  trocas de água entre rio e planícies de inundação.
Além disso, aspectos sobre a variabilidade espacial e temporal do tempo de viagem das águas superficiais e da composição da água, em relação a sua origem, também foram estudados.

Pesquisadores: Mino Viana Sorribas, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn, Ayan Fleischmann

Publicações: Sorribas et al., Hydrological Tracking Model for Amazon Surface Waters, Water Resources Research 2020.

Assimetria de hidrogramas em rios amazônicos
Resumo: Rios com grandes planícies de inundação, como o rio Purus, o Juruá e o trecho principal do Amazonas, tendem a gerar hidrogramas com assimetria negativa, devido ao efeito de armazenamento de água nas planícies e à relação não-linear entre celeridade da onda de cheia e vazão.

Pesquisadores: Ayan Fleischmann, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn, Mino Sorribas, Paulo Pontes

Publicações: Fleischmann et al., On river floodplain-interaction and hydrograph skewness, Water Resources Research 2016

Figura. (esquerda) Assimetria de hidrogramas observados nos rios Negro e Purus e (direita) valores da métrica “Skewness Index” para postos fluviométricos da bacia Amazônica. Observe postos com assimetria negativas ao longo das principais planícies de inundação. Fonte: Fleischmann et al., WRR 2016.

Efeito de mudanças climáticas nas vazões e inundação da bacia Amazônica
Resumo: As mudanças climáticas e seus efeitos no regime hidrológico da bacia Amazônica podem impactar processos biogeoquímicos, transporte, a vulnerabilidade a inundações, produção pesqueira e geraçãod e energia.
Nesse trabalho examinamos o efeito das alterações de vazão e extensão de áreas inundáveis utilizando projeções de mudanças climáticas e o modelo hidrológico regional MGB-IPH.
Projeções para o futuro (2070-2099) foram obtidas de cinco GCMs (general circulation models) utilizados no 5o relatório do IPCC – CMIP5.

Pesquisadores: Mino Viana Sorribas, Rodrigo Paiva, Juan Martin Bravo, John Melack, Marcos Costa, Bruce Forsberg, Leilah Camargo, Charles Jones

Publicações: Sorribas et al., Projections of climate change effects on discharge and inundation in the Amazon basin, Climatic Change 2016.

Dinâmica de fluxos e sedimentos na Amazônia central através de sensoriamento remoto
Resumo: Avaliação da dinâmica de fluxos em planícies de inundação e lagos da Amazônia central utilizando a reflectância do sensor MODIS  (Aqua e Terra) como proxy da concentração de sedimentos.

Pesquisadores: Alice Fassoni-Andrade, Rodrigo Paiva

Publicações: Fassoni-Andrade et al., High-resolution mapping of floodplain topography from space: A case study in the Amazon, REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 2020.

Fassoni-Andrade et al., Mapping spatial-temporal sediment dynamics of river-floodplains in the Amazon, REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 2019.

Assimilação de dados de altimetria espacial para estimativa de cota de fundo de rios. Estudo de caso: Rio Madeira
Resumo: Analisar a utilidade de dados de altimetria de missões espaciais diversas para ajustar a cota de fundo de uma seção retangular equivalente comparando técnicas como Filtro de Kalman e interpolação linear.

Pesquisadores: João Paulo Brêda, Rodrigo Paiva

Publicações: Brêda et al., Assimilation of Satellite Altimetry Data for Effective River Bathymetry, Water Resources Research 2019.

Modelagem hidrodinâmica 2D da bacia do Rio Negro
Resumo: Desenvolvimento de um modelo bidimensional (fluxos superficiais) para a bacia do Rio Negro, a fim de melhorar a representação matemática de grandes áreas inundáveis interfluviais.

Pesquisadores: Ayan Fleischmann, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn

Publicações: Fleischmann et al., Trade-offs between 1D and 2D regional river hydrodynamic models, Water Resources Research 2020.

Comparação entre modelos hidráulicos 2D para planícies de inundação da Amazônia
Resumo: Comparação entre modelos hidráulicos como LISFLOOD-FP e HEC-RAS 2D para planícies de inundação da Amazônia, como o Lago Grande de Curuai e as planícies do Rio Madeira (próximo a Porto Velho).

Pesquisadores: Sly Wongchuig, Alice Fassoni-Andrade, Rodrigo Paiva, Conrado Rudorff, Walter Collischonn

Estimativa de curvas-chave para rios Amazônicos com integração entre altimetria espacial e modelagem hidrológica
Resumo: Construção de um método baseado no algoritmo de otimização SCEM-UA para a determinação de curvas chaves entre vazões simuladas e cotas d’agua por altimetria espacial. Estas curvas-chave permitem 1) a estimativa em tempo real da vazão em diversos locais com dados oriundos de satélites altimétricos, 2) melhorar a representação das seções transversais e 3) reanálises climatológicas em bacias não monitoradas graças aos mais de 20 anos de informações que fornecem os satélites altimétricos.

Pesquisadores: Adrien Paris, Stephane Calmant, Rodrigo Paiva, Walter Collischonn

Publicações:

PARIS, ADRIEN ; de Paiva, Rodrigo Dias ; SANTOS DA SILVA, JOECILA ; MEDEIROS MOREIRA, DANIEL ; CALMANT, STEPHANE ; GARAMBOIS, PIERRE-ANDRÉ ; Collischonn, Walter ; BONNET, MARIE-PAULE ; SEYLER, FREDERIQUE . Stage-discharge rating curves based on satellite altimetry and modeled discharge in the Amazon Basin. Water Resources Research, v. 52, p. n/a-n/a, 2016.

Garambois, P. -A., Calmant, S., Roux, H., Paris, A., Monnier, J., Finaud-Guyot, P., Samine Montazem, A., and Santos da Silva, J. (2016) Hydraulic visibility: Using satellite altimetry to parameterize a hydraulic model of an ungauged reach of a braided river. Hydrol. Process

 

 

 

 

 

 

Figura. (esquerda) Exemplo de curva-chave e hidrograma obtidos na interseção do rio Purus com o traço 908 do satélite ENVISAT. (direita) Indicador de qualidade global e climatológico das curvas-chave.

 

Outras publicações do grupo relacionadas a pesquisas sobre a Bacia Amazônica:

Paiva, R. C. D., Buarque, D. C., Collischonn, W., Bonnet, M. P., Tucci, C. E. M. . Hydrological Modeling of the Amazon Basin. In: WATER AND CLIMATE modeling in large basins, Ed. Vieira da Silva, Tucci and Scott (em editoração), 2013.

Clarke, R. T. and Buarque, D. C. . Maximizing the Predictive Value of Information from Different Sources: An Amazon Case Study. In: Putting Prediction in Ungauged Basins into Practice, IAHS Red Book, Ed. J. W. Pomeroy, P. H. Whitfield, and C. Spence. Canmore, AB. (in proof), 2013.

Clarke, R.T. and Buarque, D.C. . Statistically combining rainfall characteristics estimated from remote-sensed and raingauge data-sets in the brazilian Amazon-Tocantins basins. J. Geophys. Res., 118, doi:10.1002/jgrd.50545, 2013.

Paiva, R. C. D. ; Collischonn, W. ; Buarque, D. C. . Validation of a full hydrodynamic model for large scale hydrologic modelling in the Amazon. Hydrological Processes, 27, p. 333–346. DOI: 10.1002/hyp.8425, 2013.

Paiva, R. C. D. ; Paiva, R. C. D. ; Collischonn, W. ; Bonnet, M.-P. ; De Gonçalves, L. G. G. ; Calmant, S. ; Getirana, A. ; Santos Da Silva, J. . Assimilating in situ and radar altimetry data into a large-scale hydrologic-hydrodynamic model for streamflow forecast in the Amazon. Hydrology and Earth System Sciences Discussions (Online), v. 10, p. 2879-2925, 2013.

Mangiarotti, S.; Martinez, J. M.; Bonnet, M. P.; Buarque, D. C.; Filizola, N. & Mazzega, P. . Discharge and Suspended Sediment Flux Estimated along the Mainstream of the Amazon and the Madeira Rivers (from in situ and MODIS Satellite Data). Int. J. Appl. Earth Observ. Geoinf. http://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2012.07.015, 2013

Buarque, D. C. ; Collischonn, W. ; Paiva, R. C. D. . Coupling a basin erosion and river sediment transport model into a large scale hydrological model: an application in the Amazon basin. Geophysical Research Abstracts, v. 14, p. 11935, 2012.

Paiva, Rodrigo Cauduro Dias ; Buarque, Diogo Costa ; Clarke, Robin T. ; Collischonn, Walter ; Allasia, Daniel Gustavo . Reduced precipitation over large water bodies in the Brazilian Amazon shown from TRMM data. Geophysical Research Letters, v. 38, p. L04406, 2011.

Clarke, Robin T. ; Buarque, Diogo Costa ; de Paiva, Rodrigo Cauduro Dias ; Collischonn, Walter . Issues of spatial correlation arising from the use of TRMM rainfall estimates in the Brazilian Amazon. Water Resources Research, v. 47, p. W05539, 2011.

Buarque, D. C.; Paiva, R. C. D. ; Clarke, R. T. ; Mendes, C. A. B. . A comparison of Amazon rainfall characteristics derived from TRMM, CMORPH and the Brazilian national rain gauge network. Journal of Geophysical Research , v. 116, p. D19105, 2011.

Paiva, R. C. D. ; Buarque, D. C. ; Collischonn, W. ; Sorribas, M. ; Allasia, D. G. ; Mendes, C. A. B. ; Tucci, C. E. M. ; Bonnet, M. P. . Hydrologic and Hydrodynamic Modelling of the Amazon Basin using TRMM Rainfall Estimates. Geophysical Research Abstracts, v. 13, p. 12666, 2011.

Clarke, R. T. ; Mendes, C. A. B. ; Buarque, D. C. . A comparison of extreme rainfall characteristics in the Brazilian Amazon derived from two gridded data sets and a national rain gauge network. Journal of Geophysical Research , v. 115, p. D13104, 2010.

Getirana, A. C. V. ; Bonnet, M.-P. ; Rotunno Filho, O. C. ; Collischonn, W. ; Guyot, J.-L. ; Seyler, F. ; Mansur, W. J. . Hydrological modelling and water balance of the Negro River basin: evaluation based on in situ and spatial altimetry data. Hydrological Processes, p. n/a-n/a, 2010.

Collischonn, B ; Collischonn, W ; Tucci, C . Daily hydrological modeling in the Amazon basin using TRMM rainfall estimates. Journal of Hydrology, p. 207, 2008.

Ribeiro Neto, A. ; Collischonn, W. ; Silva, R. C. V. ; Tucci, C. E. . Hydrological modelling in Amazonia use of the MGB-IPH model and alternative databases. IAHS-AISH Publication, v. 303, p. 246-254, 2006.