Pela primeira vez, os engenheiros da Caltech desenvolveram um modelo empírico para todo o estado da rede de reservatórios da Califórnia. O modelo foi construído a partir de dados coletados ao longo de um período de 13 anos, que inclui a última seca, permitindo que os pesquisadores façam observações sobre como 55 dos principais reservatórios do estado respondem a uma variedade de condições externas como um sistema unificado.

Os reservatórios atuam como o amortecedor do estado contra a variabilidade climática, armazenar água durante a estação chuvosa para usar durante a seca. A água pode ser liberada para gerar energia hidrelétrica, e pode ser desviado para a agricultura e consumo residencial. Enquanto isso, um reservatório em si é frequentemente usado para fins recreativos, como natação e canoagem. Os reservatórios são interconectados na medida em que são colocados ao longo dos principais cursos de água, com alguns a jusante de outros, e também porque podem receber quantidades semelhantes de entrada de água e podem estar sujeitos a decisões de gestão semelhantes.

Os gestores dessas instalações devem manter uma quantidade de água de referência em cada reservatório. À medida que o nível da água cai para mais perto dessa marca mínima, eles reduzem a quantidade de água liberada, que por sua vez afeta todos os reservatórios a jusante. Os gerentes de reservatórios tentam evitar o fechamento completo da liberação de água, já que isso pode ter consequências catastróficas para fazendas e comunidades que dependem da água. O comportamento de um reservatório - a elevação e a queda do nível da água - é determinado em parte por mudanças no clima e em parte pelos humanos que gerenciam o fluxo do reservatório. Esses dois componentes podem tornar o armazenamento do reservatório um desafio de prever.

"O pão e manteiga da hidrologia é usar leis físicas para descrever os fenômenos da água. Mas o comportamento desses reservatórios não é determinado apenas pelas leis físicas do ciclo da água, mas também por demandas e para que esses reservatórios estão sendo usados, "diz o estudante de graduação da Caltech Armeen Taeb, autor principal de artigo sobre o modelo que será publicado online no dia 22 de novembro na revista Pesquisa de Recursos Hídricos . "O componente humano significativo no comportamento dos reservatórios significa que a modelagem baseada na física rapidamente se torna intratável em ambientes com grande número de reservatórios."

Para resolver este problema, Taeb e seus colegas - Venkat Chandrasekaran, professor de ciências computacionais e matemáticas e engenharia elétrica na Caltech, e John Reager e Michael Turmon do JPL - usaram técnicas estatísticas para aprender com o passado e lançar luz sobre como os reservatórios responderão a diferentes padrões climáticos no futuro. Eles compararam as flutuações nos níveis de água do reservatório entre 2003 e 2016 a uma variedade de fatores, como precipitação, a severidade da seca, os níveis de neve nas serras, e níveis de outros reservatórios da Califórnia. Os pesquisadores descobriram que o maior preditor de mudanças na rede de reservatórios foi o Índice de Severidade de Secas de Palmer, que foi desenvolvido pelo National Weather Service em 1965.

Com este modelo empírico, Taeb diz, os gerentes podem ter uma imagem mais clara das demandas que serão colocadas em seus reservatórios, e podem ajustar seu comportamento mais cedo, reduzindo a liberação de água de forma mais gradual - reduzindo a possibilidade de ter que cortar totalmente a liberação de água.

"Digamos que você esteja passando por uma seca e tenha uma previsão avançada do valor do índice de seca em dois meses, "Taeb diz." Você pode olhar para o nosso enredo e perguntar, 'OK, qual é a probabilidade de esgotamento do reservatório se apenas continuarmos com os negócios como de costume? ' E se você ver que é alto, você precisa sair da sua rotina e fazer alguma coisa agora, antes que tenha problemas. "

Como analogia, pense na resposta de um motorista a um sinal vermelho. Se o motorista vir a luz vermelha com muito tempo para reagir, ele pode diminuir lentamente os freios - o que é mais seguro para todos os motoristas atrás dele. Se, em vez de, ele espera até o último minuto e bate o pedal do freio no chão, é mais provável que ele cause um acidente para todos atrás dele.

A seca de 2012-2015, que inspirou Taeb e seus colegas a prosseguir esta pesquisa, estava entre as mais intensas ocorridas no passado 1, 200 anos. “Estávamos muito próximos do desastre no final do período de seca. dois dos 55 reservatórios estudados em nosso trabalho tiveram zero ou muito pouca liberação de água em 2014, "Taeb diz. No futuro, o estado passará por secas periodicamente, enquanto a demanda por água está sempre aumentando em meio a uma população crescente, e assim a tensão colocada na rede de reservatórios da Califórnia é provável que ocorra novamente, diz Taeb - que acredita que são necessárias diretrizes para garantir que o estado não enfrente uma catástrofe em todo o sistema.

"Por causa da frequente escassez de água de superfície, A Califórnia tem que recorrer ao bombeamento de água do solo, mas isso não é sustentável porque não há chuva suficiente para repor a quantidade que estamos retirando. Não vai durar, ", diz ele. Taeb e seus co-autores acreditam que seu modelo é uma importante ferramenta de análise de dados que deve ser usada como entrada no processo de tomada de decisão ao aplicar a eficácia, políticas sustentáveis ​​de gestão da água.

Taeb diz que o mesmo tipo de modelagem empírica também pode ser usado em outros estados que enfrentam desafios semelhantes.

O estudo é intitulado "Um modelo gráfico estatístico do sistema de reservatórios da Califórnia".