Modeling and forecasting mean monthly streamflows of Paranaiba River using SARIMA model

Authors

DOI:

https://doi.org/10.6008/CBPC2179-6858.2021.003.0022

Keywords:

Water resources, Hydrological modelling, ARIMA, Time series

Abstract

Due to the disorderly growth of cities, industrialization and agricultural expansion, Brazil is already beginning to face problems of water scarcity. The management of water resources is of paramount importance to minimize the inconvenience caused by this type of problem. In this sense, the forecast streamflows has a significant importance in the management of water resources and are essential for a good planning and control of water uses. For that, stochastic models of time series can be used to determine the streamflows forecasts. In this work, models of the SARIMA class were used, as they incorporate seasonal characteristics in the model. The objective was to model and carry out forecasting studies of a time series of mean monthly streamflows in a Paranaíba River basin in the Alto Paranaíba region, MG, with data from January 2003 to December 2014. The methodology adopted was that of Box and Jenkins and identification of the order of the models was done through the graphic analysis of the autocorrelation (ACF) and partial autocorrelation functions (PACF). For the model selection, AIC and BIC selection criteria were used, in such a way that, among the selected models, the SARIMA model (2,1,2) (1,0,0) 12 was the one that best fit the data in study. This model obtained a satisfactory NS of 0.85 for the calibration. As for the validation of the forecast, for a 6-month ahead, the NS outside -3.34, showing that the model did not fit the data presented. This fact points to the water crisis observed in the region in 2014. The study shows that there are situations that statistical models may not be able to predict periods of drought, because they are not part of the previously established data domain.

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Author Biographies

Lorena Taís Caixeta, Universidade Federal de Viçosa

Graduanda em Engenharia Civil na Universidade Federal de Viçosa, campus Rio Paranaíba/MG.

Frederico Carlos Martins de Menezes Filho, Universidade Federal de Viçosa

Professor Adjunto do curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Viçosa, Campus Rio Paranaíba (UFV-CRP). Coordenador do Núcleo de Estudo e Pesquisa do Zoneamento Ambiental Produtivo (NEPZAP/UFV-CRP). Membro do Núcleo Docente Estruturante (NDE) e da Comissão Coordenadora do Curso de Engenharia Civil da UFV/CRP. Membro Titular do Conselho Acadêmico-Administrativo (COAD) no período de 09/2015 a 09/2017. Coordenador do curso de Engenharia Civil no período de 03/2013 a 02/2015. Possui graduação em Engenharia Civil (2005) e mestrado em Engenharia do Meio Ambiente (2007) pela Universidade Federal de Goiás (UFG). Possui doutorado em Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental (2014) pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Têm experiência na área de Engenharia Civil e Engenharia Sanitária e Ambiental, atuando principalmente nos seguintes temas: hidrologia urbana, manejo de águas pluviais e modelagem hidrológica.

Vitor Luís Amorim Fonseca, Universidade Federal de Viçosa

Mestrando pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil em Planejamento Urbano, Recursos Hídricos e Saneamento Ambiental na Universidade Federal de Uberlândia.Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Federal de Viçosa Campus Rio Paranaíba, estive envolvido, durante a graduação, em atividades de monitorias e tutorias; fui bolsista do Projeto de Extensão Apoio à disseminação de técnicas de baixo custo para aproveitamento de água da chuva e reúso de água cinza; sou voluntário na ONG Engenheiros Sem Fronteiras Núcleo Rio Paranaíba, atuando como Diretor-geral na gestão de 2018 e; estagiei no setor LARE (Laboratório de Arquitetura e Engenharia) do UNIPAM atuando em práticas de gerenciamento de obras. Tenho interesse nas áreas de Saneamento Ambiental, Gestão dos Recursos Hídricos, Meio Ambiante, Sustentabilidade, Gerenciamento de Projetos e Orçamentos e Planejamento de Obras.

Published

2021-01-14