Esta pesquisa teve como objetivo estudar as cheias na bacia do rio Paraguai em um contexto não-estacionário, produzindo uma caracterização dos processos físicos responsáveis pelas mudanças de comportamento das cheias ao longo do histórico de vazões e, a partir dessas análises, realizar previsões probabilísticas de cheias anuais. Inicialmente, as mudanças de comportamento observadas em séries temporais de cheias ao longo de diversas estações na bacia foram caracterizadas. Notou-se que o comportamento não estacionário nas séries é mais bem descrito por meio de saltos (ou mudanças abruptas) entre diferentes regimes de cheias. Em um segundo passo, foram identificados, por meio do estudo de trajetórias de tempestades, diferentes condições atmosféricas associadas a cada uma das cheias na região. Contudo, não foi possível reconhecer uma associação entre esses processos e a magnitude das cheias no local. Buscou-se então atribuir as mudanças observadas nas séries a partir do ajuste de um modelo de distribuição generalizada de valores extremos (GEV) não-estacionário nas séries anuais de cheias, onde foram inseridas variáveis explicativas relacionadas a mudanças na bacia, ao clima local e a preditores climáticos de larga escala. Os resultados indicaram que a umidade antecedente e o balanço hídrico na bacia são os principais fatores que explicam as mudanças de comportamento observadas nas séries de cheias. Consequentemente, essas variáveis são as que melhor auxiliam na previsão de cheias na área de estudo com horizontes de previsão de 2 a 11 meses. De forma secundária, mecanismos atmosféricos associados ao regime de precipitação (número de dias chuvosos, consecutivos ou não) também auxiliam a explicar e prever mudanças no regime hidrológico da região. As variáveis climáticas de larga escala (e.x. relacionadas ao El Niño) possuem um papel reduzido. Finalmente, ajustou-se um modelo de distribuição Beta aos hidrogramas anuais de diversas séries e investigou-se a previsibilidade de cheias anuais na região a partir da previsão dos parâmetros da distribuição Beta ajustada. A abordagem proposta produziu previsões de cheias satisfatórias para as vazões. Dessa forma, os resultados alcançados na presente pesquisa esclarecem os principais processos hidrológicos e atmosféricos associados com as cheias na Bacia do rio Paraguai, assim como fornece os principais subsídios para o desenvolvimento de um sistema de previsão e alerta de cheias para a região.
This research aims to study the floods in the Paraguay River basin in a non-stationary context. Physical processes linked to the changes in the floods behaviour were identified and, from this analysis, a framework of probabilistic forecasting of annual floods is proposed. Initially, the changes observed in flood time series over several stream gauges in the basin were characterized. We concluded that step changes between different flood regimes best describe non-stationary behaviour in the series. In a second step, we used storm tracks to identify different atmospheric conditions linked with each of the floods in the region. However, it was not possible to recognise a connection between these processes and the magnitude of flooding at the region. It was then sought to attribute the observed changes in the series by adjusting a non-stationary generalised extreme value distribution (GEV) model to the annual flood series, resulting in that the antecedent moisture content and the water balance in the basin are the main factors that explain the shifting behaviour of maximum annual flows. Consequently, these variables are the ones that best support flood forecasting with a 2 to 11-month lead time. Secondarily, atmospheric mechanisms associated with the rainfall regime (number of rainy days, consecutive or not) also help to explain and predict changes in the hydrological regime of the region. Large-scale climate variables (e.g. related to El Niño) play a small role. Finally, a Beta distribution model was fitted to the annual hydrographs of several series, and the predictability of annual flooding in the region was investigated by predicting the adjusted Beta distribution parameters. The proposed approach produced satisfactory flood predictions for peak flow. Thus, the results achieved in this research shed light on the main hydrological and atmospheric processes associated with flooding in the Paraguay River Basin, as well as providing the main inputs for the development of a flood forecasting and warning system for the region.