O desenvolvimento e a aplicação de modelos hidrológicos com forte poder preditivo são uma das estratégias para orientar a formulação de políticas relacionadas ao controle e gerenciamento dos recursos hídricos e do uso do solo em direção à sustentabilidade. Um mundo em mudança, com incertezas climáticas e crescente população, requer estimativas confiáveis de disponibilidade de água sob uma variedade de cenários. Nessas estimativas, o conhecimento de dependências entre fluxos e armazenamentos de água pode ser necessário para preservar as consistências físicas e causais entre os processos. Embora essas dependências a curto e longo prazo sejam frequentemente identificadas, poucos estudos adotam essas características do sistema hidrológico para avaliação de modelos. O objetivo deste estudo é construir um modelo hidrológico conceitual concentrado para quantificar a disponibilidade hídrica de uma bacia instrumentada localizada em área de afloramento do Sistema Aquífero Guarani. A precipitação e a evapotranspiração de referência (FAO-56) foram estimadas a partir dos dados monitorados em superfície e de métodos de interpolação espacial. O escoamento no curso de água foi estimado a partir de modelos de transformação de nível de água em vazão com parâmetros variáveis no tempo. O teste de causalidade de Granger e a informação mútua com defasagem foram avaliados e utilizados para caracterizar as dependências entre variáveis do sistema hidrológico no domínio temporal. O modelo conceitual foi desenvolvido a partir de resultados anteriores, em uma estrutura que permitiu a parametrização flexível dos fluxos dominantes. Índices de vegetação obtidos por sensoriamento remoto (enhanced vegetation index) foram incluídos no modelo para estimar a evapotranspiração real. O método de integração de Runge-Kutta com passo de tempo adaptativo foi utilizado para resolver o sistema de equações diferenciais do modelo. A calibração foi conduzida em uma abordagem multi-objetivo com o algoritmo NSGA-II. Os objetivos da calibração foram a reprodução da variabilidade de vazões e de armazenamento subterrâneo, avaliado a partir de níveis freáticos de poços de monitoramento. Os resultados obtidos foram satisfatórios e compatíveis com o de trabalhos anteriores, que utilizaram modelos mais complexos ou consolidados. Além disso, o modelo reproduziu adequadamente as dependências entre variáveis hidrológicas no domínio temporal.

The development and application of hydrological models with strong predictive power are one of the strategies to guide policy-making processes related to the control and management of water resources and land use towards sustainability. A changing world, with climate uncertainties and increasing population, requires reliable water availability estimates under a variety of scenarios. In these estimates, the knowledge of the dependencies between water fluxes and storages may be needed to keep the physical and causal consistencies between processes. Although short and long-term dependencies are often identified, a few studies make proper use of these characteristics for model evaluation. The aim of this study is to develop a lumped conceptual hydrological model to represent the water availability of a monitored catchment located in an outcrop zone of the Guarani Aquifer System. As input data, precipitation and reference evapotranspiration (FAO-56) were estimated from ground-based data and spatial interpolation (IDW). The streamflow was estimated from water level data and dynamic rating curves to consider changes in the flow conditions. Parametric Granger causality test and time-delayed mutual information were evaluated and applied to characterize dependencies between hydrological variables in the time domain. The hydrological conceptual model was developed taking previous conceptions as the bottom line and was parameterized accordingly to the dominant flows in the study area. Vegetation indices obtained by remote sensing were used as input data to estimate actual evapotranspiration. Runge-Kutta integration method with an adaptive time step was used to solve the system of ordinary differential equations of the model, which took the continuous state-space representation. The model calibration was conducted in a multi-objective approach (NSGA-II algorithm was used). The objectives were to reproduce the streamflow dynamics at the outlets and the storage in the saturated zone, evaluated from the observed groundwater levels. The results obtained were satisfactory and comparable with previous simulation studies, which used more complex or consolidated models. In addition, the model adequately reproduced the dependencies between hydrological variables in the time domain.