Hydrological regionalization of maximum stream flows using an approach based on L-moments

ABSTRACT The proper design of hydraulic structures depends on estimates of maximum stream flows. The scarce stream flow monitoring in Brazil has led to the use of regionalization methods. The main objective of this study was to develop a tool via regional function to estimate maximum stream flows and their corresponding return periods (RP) with the aid of techniques based on the L-moments method, seeking for adequate hydrologic engineering applications and flood risk management. Annual maximum stream flow historical series were adjusted to traditional 2-parameter probability density functions (PDFs) (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) and multiparameter PDFs (GEV and Kappa), based on the L-moments method, which were used in the development of the regional function employing the dimensionless curve method. The regional function’s predictive capability was determined by cross-validation for different RPs. It can be concluded that the approach based on L-moments was successfully used to adjust the regional function. In addition, the regional function: i) was improved when using the aforementioned multiparameter PDFs and ii) was framed as optimum for RP of up to 100 years and considered useful for practical engineering projects and flood risk management. RESUMO O dimensionamento adequado de estruturas hidráulicas é dependente das estimativas de vazões máximas. A escassez no monitoramento hidrológico no Brasil tem levado ao uso de métodos de regionalização. O principal objetivo do presente estudo foi desenvolver uma ferramenta via função regional para a estimativa das vazões máximas e seus respectivos tempos de retorno, com o suporte de técnicas baseadas no método dos momentos-L, com vistas a aplicações adequadas da engenharia hidrológica e da gestão de risco de cheias. As séries de vazão máxima diária anual foram ajustadas às funções densidade de probabilidade tradicionais de 2 parâmetros (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) e multiparâmetros (GEV and Kappa), baseando-se no método dos momentos-L, as quais foram utilizadas no desenvolvimento da função regional pelo método da curva adimensional. A capacidade preditiva da função regional foi determinada por validação cruzada para diferentes tempos de retorno. Pode-se concluir que a abordagem baseada nos momentos-L no ajuste da função regional foi satisfatória. Além disso,a função regional: i) foi aperfeiçoada quando as distribuições multiparâmetros acima mencionadas foram usadas e ii) foi c