Matrizes de transição como ferramenta de análise e previsão da qualidade da água em reservatórios : estudo de caso: Reservatório da Uhe Jurumirim

Orientador: Prof. Dr. Tobias Bleninger

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 25/02/2021

Inclui referências: p. 44-47

Resumo: Reservatórios de água têm como função permitir uma taxa de controle sobre a variabilidade temporal da disponibilidade hídrica do local em que se encontram, desse modo criando uma maior segurança sobre esse recurso. A qualidade da água desses sistemas deve se apresentar adequada para os seus múltiplos usos, sendo que uma das principais ferramentas para a determinação desse critério é a modelagem matemática, pois não só apresenta excelente custo-benefício frente às demais opções, como também grande capacidade de resolução espacial, temporal e preditiva. Tendo em vista a importância da informação do estado de qualidade em que o reservatório se encontra, buscou-se desenvolver uma análise que leve em conta as aleatoriedades das principais variáveis que podem afetar tanto os regimes térmicos e/ou químicos de um reservatório. Para isso, propõe-se a aplicação de uma análise determinística e estatística conjunta, na qual sejam consideradas as probabilidades de ocorrência de um determinado evento na caracterização da qualidade da água do sistema. Durante a criação da metodologia, foi levada em conta dificultantes como a falta de dados sobre a qualidade da água dos reservatórios e também das demais variáveis necessárias para a implementação de uma modelagem. Essas considerações apresentam a desvantagem de dificultar o processo de representação do reservatório a partir de modelos matemáticos, porém como essa situação é recorrente em todo o globo, o método acaba ganhando força na sua capacidade de abrangência e aplicabilidade. A metodologia da pesquisa pode ser dividida em três grupos, sendo eles: Modelagem, Criação de Cenários e Compilação dos cenários. Por meio da modelagem cria-se um modelo padrão para replicação, possibilitando assim a definição de diferentes cenários, que então são analisados estatisticamente com base nas probabilidades das suas variáveis de entrada, e compilados em um arranjo de uma matriz de transição. Com isso obtêm-se uma ferramenta mais robusta, pouco dependente de medições em campo, de fácil adaptabilidade e replicabilidade para compreender as dinâmicas da qualidade da água em um sistema. Palavras-chaves: Matriz de transição, Reservatórios, Qualidade da água.

Abstract: Water reservoirs have the function of allowing a rate of control over the temporal variability of the water availability in the region where they are located, thus bringing greater security over these resources. The water quality of these systems must be adequate for their multiple uses, and one of the main tools for this is the mathematical modelling of the system, because it not only presents excellent cost-benefit compared to other options, but also a large capacity for spatial, temporal and predictive resolution. In view of the importance of the water quality state in which the reservoir is, the objective of this work is to develop an analysis that takes into account the randomness of the main variables that can affect both the thermal and/or chemical regimes of a reservoir. For this, it is proposed a combination between a determinist and statistical analysis, where the probabilities of occurrence of a given event are considered within the characterization of the water quality of the reservoir. During the development of the methodology, difficult factors such as the lack of data on the water quality of reservoirs and also of other variables, were considered for the modelling. These considerations present the disadvantage of hindering the representation process of the mathematical models, however, as this situation is recurrent across the globe, the method ends up gaining strength in its reach and applicability. The research methodology can be divided into three groups: Modelling, Creation of Scenarios and Compilation of these scenarios. Though modelling a base layout capable of mass replication is created, thus enabling the definition of different scenarios, which are statistically analysed based on the probabilities of its inputs, and compiled into a state-transition matrix. With this, a more robust tool to understand the dynamics of water quality in a system is obtained, since it is not heavily dependent on field measurements and is easily adaptable and replicable. Key-words: State-Transition Matrix, Reservoir, Water Quality.