Mudanças nos regimes de chuva e vazão no Brasil, de 1980 a 2015

Abstract

A vazão dos rios interage com a integridade ecológica das bacias hidrográficas e é base para o gerenciamento de recursos hídricos. No Brasil, não-estacionariedades nas séries de chuva e vazão são frequentes e interferem na segurança hídrica do país. Entretanto, não-estacionariedades em diversos tributários das maiores bacias do país foram pouco exploradas. Suas causas são incertas, podendo ser resultado da soma de fatores climáticos e não climáticos. Os objetivos deste trabalho foram: (i) avaliar as tendências nos regimes de chuva no Brasil; (ii) avaliar as tendências nos regimes de vazão no Brasil; (iii) investigar as causas das tendências na vazão média, máxima, e mínima anual no Brasil. Foram analisadas tendências em mais de 3000 estações de medição de chuva e vazão pelo Brasil, de 1980 a 2015. As tendências foram investigadas com os testes de Mann-Kendall, Spearman, declividade de Theil-Sen, e regressão de Poisson. A análise de causas das mudanças na vazão se deu com correlação, regressão multivariada, e classificação de bacias. Os resultados mostram que o Sudeste do Brasil e as proximidades do estado de Goiás tiveram predominante reduções nas chuvas médias e maiores intervalos entre chuvas. As mudanças na vazão foram mais frequentes e mais intensas que na chuva. 80,5% das bacias tiveram tendências significativas na vazão média, máxima, ou mínima anual. Reduções na vazão predominaram por todo o Cerrado e Semiárido. Na Amazônia houve aumentos da vazão nas partes norte e oeste; e reduções da vazão na parte sul. Mudanças na vazão média no Brasil foram causadas por, em ordem de importância: mudanças na chuva, demandas hídricas, e mudanças na evapotranspiração. As mudanças na vazão máxima foram associadas a fatores climáticos, i.e., chuva e evapotranspiração, particularmente na escala de tempo mensal. As tendências na vazão mínima foram direcionadas por duas variáveis com pesos semelhantes: fatores climáticos na escala anual, e demanda hídrica da bacia. As mudanças na vazão mínima foram as mais frequentes do país, e também as de maior influência antrópica. A construção de reservatórios e o desflorestamento foram pouco influentes nas mudanças da vazão. Com este trabalho, espera-se contribuir com o monitoramento da condição e da segurança hídrica do Brasil, e com o entendimento do processo de mudanças hidrológicas em regiões tropicais.

Abstract: River flows interact with the ecological integrity of river basins and is the foundation for water resources management. In Brazil, nonstationarities in the rainfall and streamflow series are common and interfere with the country?s water security. However, nonstationarities in many tributaries of the largest basins of the country were little explored. Its drivers are uncertain and might be a result of climatic and non-climatic factors. The objectives of this work were: (i) to evaluate trends in the rainfall regime in Brazil; (ii) to evaluate trends in the streamflow regime in Brazil; (iii) to investigate the drivers of trends in average, maximum, and minimum annual streamflow in Brazil. I analyzed trends in more than 3000 rainfall and streamflow gauges throughout Brazil, from 1980 to 2015. The trends were investigated with the Mann-Kendall test, Spearman correlation, Theil-Sen slope, and Poisson regression. The trends attribution of river flows was analyzed with correlations, multiple regression, and catchment classification. Results reveal that Southeastern Brazil and the regions close to Goiás had prevailing reduced average rainfall and increased duration between rainfalls. Changes in streamflow were more frequent and more intense than in rainfall. 80.5% of river basins had significant changes in average, maximum, or minimum annual flow. The Cerrado and the Caatinga biomes had reductions in streamflow. The northern and western parts of Amazon had increases in streamflow; and the southern part had decreases in streamflow. Changes in average flow in Brazil were driven by, in descending order of importance: changes in rainfall, water extractions, and changes in evapotranspiration. Changes in maximum flows were associated with climatic factors, i.e., rainfall and evapotranspiration, particularly at the monthly time scale. Trends in minimum flows were driven by variables with similar weights: climatic factor at the annual time scale, and water extraction. Changes in minimum flows were the most common in Brazil, and also the ones with the highest anthropic influence. Reservoir constructions and deforestations had little influence in changes in streamflow. With this work, I aim to contribute to monitoring the condition and security of water resources in Brazil, and with the understanding of the processes that drive hydrological changes in the tropics.