Coupling the atmospheric model RAMS 6.0 /ECHAM 4.1 to hydrologic model SMA/HMS for operating a reservoir in Brazil’s semiarid

• Published in: Revista brasileira de recursos hídricos Vol. 22
• Main Authors: Cabral, Samuellson Lopes, Campos, José Nilson Bezerra, Silveira, Cleiton da Silva
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Associação Brasileira de Recursos Hídricos 2017
• Subjects: ENGINEERING, ENVIRONMENTAL; ENGINEERING, GEOLOGICAL; ENGINEERING, MARINE; ENGINEERING, OCEAN; flow forecast; reservoir management; soil moisture account; Reservoir management; Soil Moisture Account; Gestão de reservatório; Flow forecast; Previsão de vazões
• ISSN: 2318-0331; 2318-0331
• DOI: 10.1590/2318-0331.011716071

ABSTRACT The planning and the efficiency of water resources are subject to the uncertainties of the input data of climate and hydrological models. Prediction of water inflow to reservoirs that would help decision making for the various water uses, contain uncertainties fundamentally the initial conditions assumed in the modeled processes. This paper evaluates the coupling of a regional atmospheric model with a hydrological model to make streamflow forecast for seasonal operation of Orós reservoir, Ceará State, Brazil. RAMS model, version 6.0, was forced by the ECHAM 4.5 atmospheric general circulation model over Alto Jaguaribe basin to obtain the rainfall data. To remove biases in the simulated precipitation fields was applied the probability density function (PDF) correction on them. Then the corrected precipitation data were inserted in the hydrologic Soil Moisture Account (SMA) model from the Hydrologic Modeling System (HEC-HMS). For SMA calibration, it was used the Nash-Sutcliffe objective function. Finally, decisions to water release from the Orós were evaluated using the Heidke Skill Score (HSS). The SMA model showed a satisfactory performance with Nash-Sutcliffe values of 0.92 (0.87) in the calibration (validation) phase, indicating that it is a rainfall runoff model alternative. For decisions in releasing water from the Orós reservoir, using climate predictions, obtained HSS = 0.43. The results show that the simulated rainfall coupled with a hydrological model is able to represent the hydrological operation of Brazilian semiarid reservoir.
RESUMO O planejamento e a eficiência dos recursos hídricos estão sujeitos às incertezas decorrentes dos dados de entrada de modelos climáticos e hidrológicos. Previsão de vazões afluentes a reservatórios que auxiliariam as tomadas de decisões para os diversos usos da agua, contem incertezas fundamentalmente das condições iniciais assumidas nos processos modelados. Nesse contexto o artigo avalia a eficiência do acoplamento do modelo atmosférico ao modelo hidrológico, com vistas a utilizar a previsão climática na operação sazonal do reservatório Orós, no estado do Ceará. O modelo atmosférico regional RAMS 6.0 foi forçado pelo modelo atmosférico global ECHAM 4.5, na bacia hidrográfica do Alto Jaguaribe para obtenção dos dados de precipitação. Para retirar vieses nas precipitações, foi aplicada a correção função densidade de probabilidade (PDF) nos dados simulados. Em seguida, os dados de precipitações foram inseridos no modelo hidrológico Soil Moisture Account (SMA) do Hydrologic Modeling System (HEC-HMS). Para a calibração do SMA, foi usada a função objetivo Nash-Sutcliffe. Por fim, foram avaliadas as decisões de liberação do Orós, utilizando o Heidke Skill Score (HSS). O SMA apresentou acurácia, com valores de Nash-Sutcliffe de 0,92 na fase de calibração, e 0,87 na fase de validação, mostrando ser uma alternativa de modelo precipitação deflúvio. Para as decisões na liberação de águas do reservatório, utilizando-se as previsões climáticas, obteve-se HSS =0,43. Os resultados mostram que as previsões de precipitação acopladas a um modelo hidrológico se constituem em promissora ferramenta para a operação hidrológica de reservatórios do Semiárido brasileiro.