Vazões de projeto sob condições não estacionárias : uma aplicação para usinas hidrelétricas no Brasil

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Melchior, João Vitor
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/80554
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Daniel Henrique Marco Detzel
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e AmbientalDetzel, Daniel Henrique Marco, 1983-Melchior, João Vitor2022-12-17T14:02:56Z2022-12-17T14:02:56Z2022https://hdl.handle.net/1884/80554Orientador: Prof. Dr. Daniel Henrique Marco DetzelDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 05/09/2022Inclui referênciasResumo: No Brasil, as usinas hidrelétricas (UHE's) possuem forte presença na matriz elétrica nacional. O dimensionamento de vertedouros, assim como de outras estruturas hidráulicas, parte do pressuposto que o observado no passado, seguirá ocorrendo no futuro. Porém, diversos estudos no Brasil e ao redor do mundo vêm identificando tendências de crescimento em séries de vazões, o que pode levar a crer que as estruturas existentes podem estar ameaçadas. Desta forma, é necessário avaliar se as tendências identificadas apresentam algum risco às estruturas instaladas no Brasil e se é possível modelá-las de maneira confiável. Portanto, este trabalho tem como objetivo comparar cheias de projeto obtidas sob condições estacionárias com valores determinados por modelos não estacionários para identificar potenciais situações de alerta. Para esse fim, são analisadas séries de vazões máximas anuais de 142 UHE' s espalhadas pelo território brasileiro através do teste de Mann-Kendall Trend-Free Prewhitening (MK-TFPW). Os empreendimentos com indícios de tendência de crescimento são submetidos a ajustes de distribuições estacionárias de Gumbel e Log-Normal de 2 parâmetros e a ajustes de modelos aditivos generalizados de posição, escala e forma (GAMLSS) com as mesmas distribuições. As amostras foram definidas com base em anos hidrológicos, os quais foram determinados através de um método heurístico para análise de cheias. Comparando as vazões de projeto, existem algumas usinas que apresentaram situações de alerta, as quais devem ser melhor investigadas, porém em termos médios as vazões estacionárias são mais conservadoras para todos os empreendimentos analisados e, portanto, não é possível afirmar que as tendências observadas comprometem a segurança destes locais. Além do estudo nas UHE's, realizou-se um estudo de caso em Fluviópolis, no qual foi possível concluir que modelos construídos com dados de precipitação retornam ajustes mais satisfatórios do que aqueles variando apenas em função do tempo. Este estudo de caso também permitiu analisar os conceitos de período de retorno e risco hidrológicos sob condições não estacionárias. Percebe-se que é necessário cautela antes de tomar quaisquer conclusões, pois a incerteza dos resultados e os obstáculos em sua aplicabilidade prática tornam a utilização destes conceitos difícil em projetos reais, podendo levar a estimativas significativamente irreais. Em relação à aplicabilidade do GAMLSS, nota-se que ele é uma boa ferramenta para compreender a evolução temporal e identificar períodos críticos, porém para aplicações práticas (e.g. dimensionamento de vertedouros) ele possui dificuldades por conta da variabilidade dos resultados e a necessidade de extrapolações. Finalmente, é válido ressaltar que antes de adotar modelos muito complexos, talvez seja mais importante avaliar as causas dos comportamentos não estacionários, como as tendências evoluem e qual a melhor maneira de incorporar essas informações a procedimentos práticos de dimensionamento.Abstract: In Brazil, hydropower plants (HPPs) are strongly present in the national electricity matrix. Spillways' design, as well as other hydraulic structures, assumes that the observed in the past will continue to occur in the future. However, several studies in Brazil and worldwide have identified increasing trends in observed flows, which may lead to the belief that existing structures may be at risk. Thus, it is necessary to assess whether the identified trends present any risks to the plants installed in Brazil and whether it is possible to model them reliably. Therefore, this study aims to compare design floods obtained under stationary conditions and values determined by nonstationary models to identify potential alert situations. For this purpose, the series of annual maxima streamflows of 142 HPPs spread across the Brazilian territory are analyzed using the Mann-Kendall Trend-Free Prewhitening (MK-TFPW) test. Places' time series with increasing trend signs were adjusted to stationary distributions of Gumbel and Log-Normal with two parameters and generalized additive models of position, scale, and shape (GAMLSS) based on the equivalent distributions. The samples were defined based on hydrological years obtained through a heuristic method for flood analysis. Comparing the design discharges, some plants presented alert situations which should be better investigated. However, in average terms, stationary values are more conservative for all projects analyzed. Therefore, it is not possible to say that the observed trends compromise the security of these locations. In addition to the study at the HPPs, a case study in Fluviópolis was carried out, which made it possible to conclude that nonstationary models with precipitation as a covariate provide better results than the time-varying ones. This study case also made possible the evaluation of the return period and hydrological risk concepts under nonstationary conditions. Notably, caution is necessary before taking any conclusions because the uncertainty of the results and the obstacles in their practical usage make the application of these concepts hard in real-life projects and could lead to significantly unrealistic estimates. Regarding the applicability of GAMLSS, the approach presents as a good tool for understanding temporal evolution and identifying critical periods. However, in practical applications, like spillways designing, it has difficulties due to the variability of results and the need for extrapolations. Finally, it is relevant to highlight that before adopting models too complex, it may be more interesting to evaluate the observed trends' causes, how these evolve and which is the best way to incorporate this information into practical designing procedures.1 recurso online : PDF.application/pdfUsinas hidreletricas - BrasilHidrologiaBalanço hidrológicoRecursos HídricosVazões de projeto sob condições não estacionárias : uma aplicação para usinas hidrelétricas no Brasilinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - JOAO VITOR MELCHIOR.pdfapplication/pdf10011500https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/80554/1/R%20-%20D%20-%20JOAO%20VITOR%20MELCHIOR.pdf574e8df870298e5d4caf422285d285f2MD51open access1884/805542022-12-17 11:02:56.62open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/80554Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082022-12-17T14:02:56Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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