CARACTERIZAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE SECAS

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1 CARACTERIZAÇÃO E MONITORIZAÇÃO DE SECAS Maria João Janota dos Santos Instituto da Água Direcção de Serviços de Recursos Hídricos Dezembro de 1998 ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO DEFINIÇÃO DE SECA INTRODUÇÃO VARIÁVEIS INSTRUMENTAIS INTERVALOS DE TEMPO LIMIARES DE SECA CONCEITO REGIONAL DE SECA METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE SECAS INTRODUÇÃO ÍNDICES DE SECA METODOLOGIAS BASEADAS NA TEORIA DOS CHORRILHOS ANÁLISES GLOBAIS MODELO DE DISTRIBUIÇÃO DE SECAS REGIONAIS PERÍODOS DE SECA EM PORTUGAL CONTINENTAL MONITORIZAÇÃO DE SECAS...21 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...24

2 Caracterização e monitorização de secas Página 2/26 1 INTRODUÇÃO Entre os riscos naturais, as secas são responsáveis por prejuízos avultados em vários sectores de actividade humana, nomeadamente na agricultura e na indústria, destacando-se a situação verificada em Portugal no início dos anos noventa. Ao contrário da maioria dos restantes riscos naturais, com ocorrência praticamente instantânea e pontual, a duração e a extensão espacial são factores determinantes da importância das secas. A definição de metodologias adequadas para a caracterização destas situações revela-se essencial para a análise de secas ocorridas no passado e na monitorização de situações em tempo real, permitindo análises comparativas, seja temporais seja espaciais. As consequências das secas podem ser directas e indirectas: entre as consequências directas destacam-se o deficiente fornecimento de água para abastecimento urbano, os prejuízos na agricultura, na indústria e na produção de energia hidroeléctrica, e restrições à navegação dos rios e à pesca em águas interiores; como consequências indirectas referem-se os incêndios florestais, os problemas fitossanitários, o aumento da concentração de poluentes nos meios hídricos e consequente degradação da qualidade da água, a erosão do solo e, a longo prazo, a desertificação, nas regiões de climas áridos e semi-áridos. A atenção dedicada aos problemas das secas tem vindo a aumentar, em consequência do crescimento contínuo das necessidades de água em face das disponibilidades limitadas, criando situações cada vez mais críticas quando, em determinado período, estas disponibilidades diminuem em consequência da ocorrência de secas (CUNHA et al. 1980). O aumento do consumo de água motivado pela concentração urbana, pela industrialização, pelo crescimento populacional e pela subida do nível de vida das populações, e o aumento dos volumes de efluentes lançados nos cursos de água determinam situações tendenciais e inevitáveis de carência de água, agravadas pela ocorrência de secas. As metodologias que permitem efectuar uma abordagem regional das secas conduzem a um estudo mais completo destas situações, por a extensão espacial das secas constituir uma das suas características mais importantes. O estudo da distribuição espacial das secas pode ser baseado na análise da ocorrência deste fenómeno com maior intensidade num núcleo ou área elementar da região, a partir do qual se analisa a distribuição em outras áreas elementares adjacentes. Com este objectivo foi desenvolvido no INAG um modelo estatístico para o estudo das secas. Neste contexto, este trabalho apresenta uma compilação da informação publicada relativamente ao estudo de secas e um modelo que foi já utilizado para a caracterização de secas regionais no continente português, sendo actualmente utilizado pelo INAG na monitorização de secas no território continental. Analisam-se, no capítulo 2, as variáveis instrumentais e os intervalos de tempo a considerar na análise de secas, bem como os critérios de referência relativos às variáveis e às áreas afectadas. No capítulo 3 descrevem-se os vários métodos de análise de secas, culminando com a apresentação do modelo adoptado pelo INAG para a análise de secas regionais. No capítulo 4 os períodos de seca no território do continente português são analisados a partir das várias metodologias, destacando-se os resultados obtidos da aplicação do modelo de

3 Caracterização e monitorização de secas Página 3/26 distribuição de secas regionais. No capítulo 7 apresentam-se referências à monitorização de secas. A primeira parte deste trabalho, na qual são analisadas as variáveis, os intervalos de tempo e os critérios de referência a utilizar na análise de secas, bem como os métodos de análise de secas foi apresentada em SANTOS Neste trabalho e em continuidade em HENRIQUES e SANTOS 1996, 1999 foi desenvolvido o modelo de distribuição de secas regionais. A aplicação deste modelo à monitorização de secas está em desenvolvimento actualmente no Instituto da Água, tendo sido apresentada em SANTOS e HENRIQUES DEFINIÇÃO DE SECA Introdução Secas são situações de escassez de água com longa duração, que abrangem áreas extensas e com repercussões negativas significativas nas actividades sócio-económicas e nos ecossistemas, podendo-se definir como situações excepcionais em que as disponibilidades hídricas são insuficientes para satisfazer as necessidades de água de determinada região. As secas são percebidas de modo diferente em regiões com diferentes características climáticas, e com diferentes níveis de utilização de água, por constituírem situações extremas resultantes de interrelações entre os sistemas naturais, sujeitos a flutuações climáticas, e os sistemas construídos pelo Homem, com especificidades e vulnerabilidades próprias. Estes factores contribuem para a dificuldade de uma definição rigorosa e universal de seca e, consequentemente, de um modelo de abordagem para o seu estudo, conduzindo a várias definições de seca e, consequentemente, diferentes metodologias de análise. Vulgarmente distinguem-se secas climáticas, hidrológicas, agrícolas e urbanas (RODRIGUES et al. 1993). A seca é um fenómeno com contornos mal definidos que se desenvolve lentamente no tempo, resultando não de um défice grave registado num intervalo de tempo relativamente curto, mas essencialmente da acumulação de efeitos ao longo duma série de intervalos de tempo. Isto determina que o início e o fim de uma seca apenas possam ser detectados posteriormente, pois a verificação de um défice pode não significar a existência de uma situação de seca, assim como a ocorrência de um período chuvoso durante uma seca em curso pode ser insuficiente para terminar essa seca (VAZ 1993). Genericamente, CUNHA 1982 sublinha que ocorre uma seca quando se verifica um défice de água significativo, abrangendo uma área significativa, concretizando-se as definições de défice significativo e área significativa na fixação de critérios de referência para a situação de seca relativos à situação que se considera normal, a partir dos quais são analisados os afastamentos verificados dos défices, durações e áreas afectadas. O estudo de secas passa pela definição da variável ou das variáveis que se consideram de importância para a análise, dos intervalos de tempo a que respeitam e dos critérios de

4 Caracterização e monitorização de secas Página 4/26 referência a utilizar na análise dos défices e das áreas afectadas, aspectos que se analisam seguidamente Variáveis instrumentais As variáveis instrumentais utilizadas na análise de situações de seca, ou variáveis determinantes das secas, são as variáveis que se consideram de importância relevante para a análise de uma seca, e são definidas em função dos objectivos da análise a realizar (DRACUP et al. 1980a, CUNHA 1982, RODRIGUES et al. 1993). As situações de seca podem ser caracterizadas a partir de variáveis como a precipitação, a temperatura, o escoamento superficial, o nível freático, a água no solo, o volume armazenado em albufeiras, a evaporação, a evapotranspiração, ou as disponibilidades de água de determinado sistema de abastecimento. A adopção da variável ou das variáveis instrumentais é influenciada pela especificidade da situação em estudo, seja no que respeita à exigência própria do tipo de análise, ou à disponibilidade de informação. No Quadro 2.1 associam-se variáveis instrumentais e tipos de análise de secas. QUADRO Associação de variáveis instrumentais e tipos de análise de secas. Tipo de análise Seca hidrometeorológica Seca agrícola Seca urbana Variáveis instrumentais Temperatura Precipitação Escoamento superficial Nível freático Volume armazenado em albufeiras Água no solo Evaporação Evapotranspiração Água no solo Escoamento superficial Nível freático Volume armazenado em albufeiras Evapotranspiração Disponibilidades de água nos sistemas de captação de água para abastecimento (escoamento superficial, nível freático, volume armazenado em albufeiras) A maior atenção dedicada à análise de séries de precipitação no estudo de secas deve-se essencialmente à existência de séries temporais extensas e à maior facilidade de tratamento da informação, admitindo-se que as séries de precipitação são estacionárias. No entanto, com a sensibilização para as questões relativas às modificações do clima, a análise de tendências nas séries de precipitação pode-se revelar indispensável, assim como o desenvolvimento de métodos de análise de variáveis não estacionárias (MATALAS 1991). Por outro lado, a precipitação condiciona todas as outras variáveis instrumentais. A utilização de variáveis como o escoamento, o nível freático, o volume armazenado em albufeiras ou as disponibilidades de água de determinado sistema de abastecimento pode

5 Caracterização e monitorização de secas Página 5/26 ser comprometida por se considerar como condição base dos métodos de análise de secas a estacionaridade das séries temporais. DRACUP et al. 1980a sugerem ser de todo o interesse efectuar uma análise inicial das situações de seca utilizando as variáveis individualmente, antes de se proceder a uma análise global, incluindo mais de uma variável. A análise de diferentes variáveis individualmente pode conduzir a resultados não coincidentes para o mesmo intervalo de tempo: tal é exemplificado quando a análise da precipitação indica situação de seca, enquanto a análise da água no solo indica uma situação normal para o desenvolvimento das culturas, o que se pode verificar se a distribuição da precipitação ao longo do tempo for tal que conduza a uma disponibilidade de água no solo favorável à utilização eficiente da água (CUNHA et al. 1983) Intervalos de tempo O intervalo de tempo a que respeita a variável ou variáveis seleccionadas para o estudo das secas deve ser considerado em função das necessidades específicas de cada caso concreto, assim como da quantidade de dados disponíveis. A análise de secas deve ser baseada em variáveis definidas em determinado intervalo de tempo, por exemplo o mês, o semestre ou o ano. A análise de secas distingue-se da análise de mínimos, na qual se analisam os valores mínimos verificados em determinado intervalo de tempo (DRACUP et al. 1980a, MATHIER et al. 1992, RODRIGUES et al. 1993, VAZ 1993). DRACUP et al. 1980a especificam o mês como limite inferior do intervalo de tempo a utilizar na análise de secas. O intervalo de tempo considerado para a variável condiciona o tipo de análise a efectuar, assim como o tamanho das amostras das variáveis em análise e, por consequência, o número de eventos de seca: Em geral, a redução do intervalo de tempo em que se define a variável instrumental resulta na maior correlação na série temporal, condicionando o tipo de análise estatística a efectuar. A utilização de intervalos de tempo mais alargados, de um ano ou múltiplos de um ano, simplifica a análise por se poder considerar, geralmente, a independência temporal da série, como é exemplo a precipitação anual. A utilização de intervalos de tempo mais pequenos pode resultar na obtenção de eventos de seca interdependentes. Este problema pode ser ultrapassado com a adequada definição de critérios de início e de fim da seca. Sendo as secas fenómenos de longa duração, é de importância fundamental, para a sua caracterização, a utilização de longos períodos de registos das variáveis. A análise de variáveis representativas de intervalos de tempo alargados tem como consequência directa o menor número de intervalos de tempo a analisar, e por consequência, menor número de eventos de seca que podem conduzir a resultados pouco realistas. Para se dispor de um maior número de intervalos de tempo para a caracterização de situações de seca, a geração de séries sintéticas constitui uma técnica relevante, na qual se procura reproduzir as características das séries observadas em séries muito mais longas,

6 Caracterização e monitorização de secas Página 6/26 sendo esta uma via para a obtenção de maior número de eventos de seca (SANTOS 1981, CORREIA et al. 1988, WIJAYARATNE e GOLUB 1991, ELTAHIR 1992) Limiares de seca O valor de referência limite da variável instrumental, a partir do qual se considera estar perante uma situação de seca, constitui o limiar de seca ou valor crítico do défice hídrico. O valor a considerar para o limiar de seca deve ser definido com base no nível de utilização de água na região em análise, que vai depender de factores económicos e sociais, tais como a redução de produção das culturas, da produção industrial, da produção hidroeléctrica ou do bem estar das populações com a redução das disponibilidades de água (CUNHA 1982). A evolução temporal das actividades socio-económicas introduz tendências nas séries de volumes de utilização de água, tornando-as não estacionárias, o que dificulta a definição de limiares de seca com base nestas variáveis. Este problema é superado com a utilização de limiares de seca constantes no tempo, tal como estatísticas da série de variáveis instrumentais como as médias, medianas ou outro quantil de baixa probabilidade de não excedência. A utilização das medianas resulta na separação da série de variáveis instrumentais da seca de modo a se obter o mesmo número de défices e de excessos. Ao serem utilizadas as médias considera-se o limite superior da utilização do recurso em análise, ou seja, um nível potencial de utilização de água. Vários limiares são também utilizados na separação da gravidade das secas. Representa-se na Figura 2.1 o conceito de limiar de seca: é evidente que o limiar adoptado é determinante quer do número de intervalos de tempo em seca quer da magnitude da seca, representada pela diferença entre o limiar e a variável instrumental, salientando-se a maior complexidade da análise quando se estudam séries temporais periódicas, no que se refere aos limiares ou à necessidade de introduzir critérios adicionais para a análise do início e do fim das secas (pontos 2.3 e 3.3).

7 Caracterização e monitorização de secas Página 7/26 (a) Tempo Variável instrumental Limiar da seca (b) Tempo FIGURA Representação do limiar de seca de uma variável instrumental: (a) série temporal não periódica (b) série temporal periódica. As precipitações mensais medianas são utilizadas por GRIFFITHS 1990, VAZ 1993 e OLIVEIRA e SANTOS O limiar de seca pode ser considerado como uma função da média e do desvio-padrão (DRACUP et al. 1980a): BEN-ZVI 1987 utiliza o escoamento anual médio subtraído do desvio-padrão como indicador de seca muito severa. A definição do limiar a partir de uma proporção fixa c da média (L = c X ), em que 0 < c < 1, é utilizada na análise de precipitações e escoamentos (ROSSI 1983, WIJAYARATRE e GOLUB 1991, ELTAHIR 1992). A utilização da média pode não ser razoável quando a série em análise se afasta da distribuição normal, não sendo o valor de c interpretado directamente em termos de probabilidade de não excedência (MATHIER et al. 1992). A associação de probabilidades de excedência ao limiar de seca é utilizada por SANTOS 1983 (0,9 e 0,8) e SANTOS et al (0,9, 0,75 e 0,5) na análise de precipitações anuais e por MATHIER et al (0,65) na análise de escoamentos mensais Conceito regional de seca A extensão da área abrangida pela seca constitui uma característica decisiva na análise da importância da seca. No entanto opta-se, muitas vezes, por utilizar uma análise relativa a determinado ou determinados pontos de medição, ou seja, pela não regionalização, por este tipo de análise se tornar menos complexo.

8 Caracterização e monitorização de secas Página 8/26 Enquanto a análise pontual da seca respeita à análise da situação de seca num ponto determinado, a análise regional refere-se a uma área mais ou menos extensa. A análise regional de secas baseia-se na distribuição espacial da variável instrumental, utilizando-se as medições pontuais, que se consideram representativas de determinadas áreas elementares. A análise regional fundamenta-se nas características da região que determinam as variáveis instrumentais, designadamente as características climáticas e geomorfológicas. Considerando-se que a região em análise tem uma área confinada com características que se podem considerar homogéneas, a análise de secas pode ser efectuada a partir de uma série de valores representativos da variável instrumental para a região. Esta série pode ser calculada a partir de várias séries de valores pontuais da variável instrumental, associando-se a cada ponto um peso relativo à área que representa. O método de análise regional utilizado por SADEGHIPOUR e DRACUP 1985, aplicado a uma região com características homogéneas, tem por base a obtenção de uma função de distribuição regional da severidade de secas a partir das funções de distribuição da severidade de secas padronizadas, calculadas para várias séries temporais de escoamento anual. A função de distribuição regional é a mediana das funções de distribuição da severidade padronizadas. No caso de regiões com características heterogéneas, considera-se que cada série pontual caracteriza determinada área, estando a região em situação de seca quando é ultrapassada determinada extensão espacial pré-definida. O critério para a definição da extensão espacial pode basear-se quer num valor estipulado para a área crítica (SANTOS 1981, VAZ 1991), quer em determinado número de pontos de medição (BEN-ZVI 1987), a partir dos quais se considera que a seca tem efeitos regionais. A definição de seca regional a partir das áreas críticas é representada na Figura 2.2. VAZ 1993 propõe que, para se considerar que uma seca é de facto regional e não tem apenas impactes locais, a área crítica deve corresponder a 50% da área total, referindo ser de todo o interesse analisar os resultados para diferentes áreas críticas. Nos estudos de secas efectuados por SANTOS 1981 e SANTOS et al são analisadas as áreas críticas de 50% e 75% da área total.

9 Caracterização e monitorização de secas Página 9/26 Área em seca (%) área crítica 2 50 área crítica Intervalo de tempo FIGURA Representação do critério da área crítica na definição de secas regionais. A classificação da seca com base na área afectada pode ser efectuada segundo ESPÍRITO SANTO 1993, de acordo com os critérios que se apresentam no Quadro 2.2. A área afectada superior a 50% corresponde à situação de seca generalizada em toda a região. QUADRO Classificação da seca com base na área afectada (ESPÍRITO SANTO 1993). Classificação da seca Área afectada (% da área total) Local <10 Extensa de 10 a 20 Muito extensa de 21 a 30 Muitíssimo extensa de 31 a 50 Generalizada >50 O critério de referência a adoptar para a definição de seca regional deve ter por base as características fisiográficas e as possibilidades de transferência de água da região, ou outras características com importância para a análise (SANTOS 1981). Constituindo as bacias hidrográficas as unidades na definição de fronteiras dos sistemas de recursos hídricos e resultando as utilizações de água numa zona da bacia em efeitos na sua totalidade, é de todo o interesse que a delimitação regional coincida com os limites das bacias hidrográficas. No entanto, quando se analisam, por exemplo, os níveis freáticos ou as disponibilidades de água em sistemas de abastecimento, a delimitação da área em análise poderá ser diferente dos limites da bacia hidrográfica. O estudo da precipitação efectuado por ROSSI 1983, para a Sicília, inclui a análise dos défices (1 - X/L ) em função da área afectada. Com utilização da distribuição normal da precipitação transformada a partir da raiz quadrada, são calculadas as precipitações associadas a cada período de retorno (5, 10, 25, 50 e 100 anos) e obtidas as curvas que

10 Caracterização e monitorização de secas Página 10/26 relacionam os défices com a área afectada, considerando-se a precipitação que vai dar origem ao défice associada ao mesmo período de retorno, para a totalidade da região. Na Figura 2.3 apresentam-se as curvas défice-área calculadas por ROSSI 1983 para períodos de 3 meses (Junho a Agosto) e 9 meses (Fevereiro a Outubro). FIGURA Curvas défice-área-frequência para a Sicília (ROSSI 1983). 3 - METODOLOGIAS DE ANÁLISE DE SECAS Introdução A definição de seca que se adopta, ou seja, a selecção das variáveis instrumentais, os limiares de seca e o tipo de análise regional vão ser determinantes no desenvolvimento das metodologias de análise de secas. As várias metodologias de análise de secas diferem essencialmente nos aspectos relativos aos efeitos cumulativos das secas, ao número e tipo de variáveis utilizadas e à utilização de referências para a determinação do início e do fim da seca e para a definição de seca regional. As metodologias de estudo das secas incorporam de modo diversificado a classificação das secas. Tendo em consideração a abordagem regional e considerando as limitações originadas pelas classificações de seca arbitrárias, apresenta-se um modelo de distribuição de secas regionais Índices de seca Vários índices de seca têm sido propostos para a identificação e comparação de secas, utilizando a precipitação, a temperatura, a evaporação, e/ou a evapotranspiração, destacando-se o método dos decis da distribuição da precipitação anual e o método de Palmer. O Instituto de Meteorologia (REIS 1992, ESPÍRITO SANTO 1993) utiliza para a definição da seca os decis da distribuição empírica: um ano é considerado extremamente seco numa região quando a precipitação ocorrida é ultrapassada em 90% dos anos; muito

11 Caracterização e monitorização de secas Página 11/26 seco quando é ultrapassada em 80% dos anos; seco em 70%, e considerado normal quando a precipitação corresponde à que ocorre entre 40% a 70% dos anos. É comum a associação de probabilidades da distribuição normal de 5%, 20%, 50% de não serem excedidas a, respectivamente, anos muito secos, secos e médios. Estas definições de seca são arbitrárias, mas as análises resultam simples e de fácil utilização, permitindo a classificação da área afectada pela seca com a associação de áreas de influência às estações de medição de precipitação. Permitindo a obtenção de uma medida comparativa da importância das secas que ocorreram em regiões diferentes e em diferentes ocasiões, a utilização destes índices revelase de grande utilidade (CUNHA 1982), no entanto, não se tem em consideração que o efeito da seca em determinado intervalo de tempo é agravado se se verificarem condições de seca no intervalo de tempo anterior ou posterior. A caracterização de secas com base no balanço hídrico toma como principais variáveis de estudo a precipitação e a evapotranspiração. Neste tipo de análise inclui-se o método de Palmer, que tem como objectivo comparar a quantidade de água no solo numa região, em determinado período de tempo, com aquele que ocorreria em condições meteorológicas normais, definidas a partir de valores médios. É utilizado um balanço hídrico mensal sequencial e calculado um índice de seca, a partir do qual é classificada a importância da seca. O cálculo dos índices de seca envolve o seguinte: determinação da precipitação relativa à situação normal, utilizando coeficientes relativos à evapotranspiração, à recarga, ao escoamento superficial e à perda de água do solo; determinação dos desvios da precipitação em cada intervalo de tempo relativamente à situação normal e sua conversão em índices de anomalia com utilização de um coeficiente empírico, por forma a possibilitar comparações espaciais; determinação dos índices de seca e classificação das secas. A determinação do coeficiente empírico de cálculo dos índices de anomalia, bem como dos índices de seca resulta de um processo de calibração desenvolvido por PALMER 1965 a partir das temperaturas e precipitações observadas na região de Great Plains, pelo que a extrapolação para além das condições para as quais foi desenvolvido podem conduzir a resultados irrealistas (PALMER 1965 citado em GUTTMAN 1991), revestindo-se de alguma importância a utilização de séries de precipitação e temperatura longas (50 anos) na determinação dos coeficientes base do cálculo da precipitação em situação normal (KARL 1986 citado em VAZ 1992). Estes índices de seca não devem ser utilizados no período inicial dos cálculos em que se reflectem as condições iniciais do balanço hídrico, GUTTMAN 1991 indica condições iniciais que podem ir até três ou quatro anos. Os índices de seca são classificados desde seca incipiente, ligeira, moderada a seca extrema.

12 Caracterização e monitorização de secas Página 12/ Metodologias baseadas na teoria dos chorrilhos Considerando que apenas as ocorrências inferiores a determinado valor de referência podem contribuir para a análise de secas, e os efeitos cumulativos dos défices, os métodos baseados na teoria dos chorrilhos, tradução proposta de theory of runs, têm por base o seguinte (Figura 3.1): Considerando-se o valor da variável em função do tempo, as secas são caracterizadas com base nos chorrilhos em que a sequência de valores é inferior ao limiar de seca. O tempo medido entre o início (t 0 ) e o fim (t f ) do chorrilho representa a duração da seca (D): D = t f - t 0 +1 (3.1) A soma dos desvios, ou seja, as diferenças entre os limiares de seca (L ) e os valores da variável (X) durante o chorrilho (Figura 2.4) representa a severidade ou o défice total da seca (S): S = t f t= t 0 [L(t) - X(t)] (3.2) A razão entre o défice e a duração corresponde à intensidade da seca (I): I = S/D (3.3) A seca é iniciada quando a variável instrumental se torna inferior ao limiar de seca e termina quando se torna superior. S limiares da seca D Tempo t 0 Variável instrumental Soma dos desvios t f FIGURA Representação da duração e da severidade de um período de seca calculados pelo método dos chorrilhos. Relativamente aos conceitos de início e fim da seca, algumas alterações têm sido propostas, com base na análise de precipitações mensais e com o objectivo de contemplar a ocorrência de défices que podem não ser considerados seca, assim como a interrupção de uma seca

13 Caracterização e monitorização de secas Página 13/26 sem que esta tenha de facto terminado. HERBST et al apresentam uma metodologia, utilizada no trabalho de ALMEIDA 1981, na qual se considera que o início e o fim da seca não são determinados de imediato mas que ficam dependentes das precipitações ocorridas nos meses seguintes. VAZ 1993 considera que se inicia uma seca após um período com défice com um mínimo de 3 meses, incluindo condições para a determinação do fim da seca dependentes dos défices acumulados, e de valores de referência de precipitação e de duração da interrupção da seca. A utilização destes conceitos de início e fim da seca, sendo arbitrária, pode-se tornar irrealista quando se utilizam outras variáveis instrumentais ou períodos de análise que não o mensal, sendo de considerar outras referências para a utilização destes conceitos. A necessidade de utilização de referências para definir o início e o fim das secas é reforçada quando se utilizam variáveis instrumentais representativas de períodos temporais mais curtos. Com o objectivo de generalizar esta metodologia para a análise de secas regionais, SANTOS 1981 considera um único limiar de seca para toda a região e associa pesos às áreas de cada sub-região, definida a partir de cada ponto de medição. Definindo a área em seca em determinado intervalo de tempo pela área em défice, expressa em percentagem da área total da região, e o défice regional pela soma ponderada dos défices de cada sub-região, a seca regional é definida quando a área em seca é igual ou superior a uma área crítica. Assim, são definidas as variáveis características das secas duração, área média em seca e severidade da seca. A duração da seca é o número de intervalos de tempo consecutivos em que a área em seca é igual ou superior à área crítica, a área média em seca corresponde ao valor médio da área durante a ocorrência da seca e a severidade da seca ao valor acumulado do défice durante toda a seca. Obtidas as séries de severidades das secas e respectivas durações justifica-se a análise de correlação entre as duas variáveis, surgindo severidades mais importantes associadas a durações mais prolongadas (VAZ 1993). O ajustamento de uma função de distribuição de probabilidades às severidades calculadas permite analisar a importância das secas. No Quadro 3.1 apresenta-se uma classificação da importância das secas a partir das severidades, adoptada por VAZ QUADRO Classificação da seca com base nos défices totais ou severidade da seca (VAZ 1993). Classificação da seca Probabilidade de não excedência do défice total da seca Ligeira < 50% Moderada 50% - 80% Grave 80% - 95% Extrema > 95% Análises globais Neste ponto destacam-se metodologias de análise de secas que possibilitam o estudo das situações de seca com utilização de várias variáveis instrumentais ou considerando várias características da região.

14 Caracterização e monitorização de secas Página 14/26 A metodologia de análise de secas proposta por CHANG e KLEOPA 1991 utiliza a precipitação, o escoamento, a temperatura, os níveis freáticos e os níveis de lagos e albufeiras, sendo relevante a complexidade introduzida pela análise das várias variáveis. Prevendo a utilização de valores diários, é determinada a importância da seca na região com base em cada local de medição de cada variável, considerando os limiares de seca que classificam a severidade da seca definidos a partir dos percentis 70%, 80%, 90% e 95%. Admite-se que ocorre seca na bacia hidrográfica se se verificarem duas variáveis instrumentais com níveis de severidade superiores a 70%, em pelo menos metade dos pontos considerados para cada uma. Ao escoamento é atribuída maior importância na determinação da importância da seca na região. O nível de severidade da região é determinado num dado dia a partir de uma das seguintes situações: 1) se o nível de severidade de seca do escoamento for superior ou igual a 70% e para outra variável for também superior ou igual a 70% é considerada a severidade calculada para o escoamento; 2) se o nível de severidade de seca do escoamento for inferior a 70% e para outra variável for superior ou igual a 70% é considerada a severidade de 70%; 3) se os níveis de severidade de duas variáveis instrumentais que não o escoamento forem iguais ou superiores a 70%, é fixado o nível 70%. PAULSON et al analisam a relação entre as características severidade, duração e intensidade das secas, calculadas com utilização do método dos chorrilhos, e os índices relativos às características climáticas e geomorfológicas das bacias hidrográficas de uma região (California Central Valley). Este tipo de análise tem como objectivo verificar a possibilidade de se estimarem as características das secas com base numa variável (escoamento anual), a partir de outras variáveis. Assim, o cálculo das características das secas é efectuado a partir de dezoito séries de escoamentos anuais, considerando a média como limiar de seca e as seguintes variáveis a utilizar na análise de regressão: Variáveis independentes: características das secas - severidades e intensidades da seca com probabilidade de excedência de 10%, 50% e 90% e as probabilidades de finalizarem secas de 1, 2, 3, 4 e 5 anos, obtidas a partir da relação entre o número de secas com duração D e o número de secas com duração igual ou superior a D. Variáveis dependentes: índices relativos às características das bacias hidrográficas - a área, o perímetro, a altitude média, o declive da linha de água, a percentagem de área florestal, a percentagem de área ocupada pela rede de drenagem e um índice de relevo definido a partir do declive médio (relação entre a diferença de altitudes entre a estação de medição do caudal e o ponto mais alto que delimita a bacia e a distância entre os dois pontos);

15 Caracterização e monitorização de secas Página 15/26 características climáticas - a precipitação anual média, o coeficiente de variação da precipitação anual, a temperatura anual média e a quantidade média de água acumulada sob a forma de neve no dia 1 de Abril. Resulta desta análise que as características das secas na região analisada podem ser determinadas sem a utilização de registos de escoamento, sendo que os índices geomorfológicos mais importantes para a determinação das características das secas na região são a área de drenagem, a altitude média, a percentagem de área ocupada por floresta, a percentagem de área ocupada pela rede de drenagem e o índice de relevo, e os índices climáticos mais importantes a temperatura média anual e a precipitação média anual. 3.5 Modelo de distribuição de secas regionais O estudo da distribuição espacial das secas baseia-se na análise da ocorrência deste fenómeno com maior intensidade num núcleo ou área elementar da região, a partir do qual se analisa a distribuição em outras áreas elementares adjacentes. O período de retorno das secas regionais é determinado a partir de um modelo de simulação de séries sintéticas. A análise da distribuição das secas efectuada a partir do modelo regional (HENRIQUES e SANTOS 1996; SANTOS 1996), é apresentada na Figura 3.2. Os procedimentos para a análise de secas em determinada região consistem, sumariamente, em: determinação da severidade e das áreas em seca nos intervalos de tempo em seca, para as séries de variáveis instrumentais associadas a áreas elementares; simulação de séries mais longas das variáveis instrumentais a partir do modelo de simulação de séries sintéticas; determinação dos parâmetros das curvas severidade-área-frequência a partir das séries simuladas; análise dos valores de severidade calculados nas áreas da região em cada intervalo de tempo em seca por comparação com as curvas severidade-área-frequência e determinação dos períodos de retorno associados. O modelo de distribuição de secas regionais (Figura 2) considera a distribuição normal das variáveis transformadas a partir do parâmetro regional de Box-Cox. Descrevem-se genericamente os passos de cálculo a efectuar para a análise de secas em cada intervalo de tempo em seca: No primeiro passo de cálculo (k=1) é seleccionado o local i para o qual o valor absoluto da variável transformada padronizada z é maior, obtendo-se a respectiva área em seca, igual à área associada ao local i. O valor da variável na área em seca é igual ao seu valor na área i no intervalo de tempo considerado assim como o valor transformado. O valor médio da variável na área em seca e o desvio-padrão, são iguais à média e ao desvio-padrão amostral da série de valores transformados e constitui o valor da variável padronizado pela média.

16 Caracterização e monitorização de secas Página 16/26 No segundo passo de cálculo (k=2) selecciona-se outra área em seca adjacente. De entre todos os locais i com áreas adjacentes à do local seleccionado para k=1, selecciona-se aquele em que o valor absoluto da variável padronizada resultante da combinação das variáveis transformadas padronizadas z das duas áreas adjacentes tem o valor mais elevado. É ainda calculado o valor médio da variável na área em seca e o desvio-padrão. O cálculo prossegue entrando sucessivamente em cada passo de cálculo seguinte (k+1), com os valores do local i cuja área adjacente à área de seca identificada, que resultam num menor valor da variável transformada padronizada z. Os valores da área em seca, da variável transformada padronizada, da média e do desvio padrão relativos à área em seca (k+1) são calculados de forma análoga. O cálculo termina se todas as áreas da região forem abrangidas (seca na totalidade da área da região) ou se for obtido um valor de z superior ao valor limiar L definido (seca numa área inferior à área total da região). MODELO DE SIMULAÇÃO DE SÉRIES SINTÉTICAS variáveis instrumentais em séries mais longas Parâmetros das curvas severidade-área-frequência REGIÃO variáveis instrumentais associadas a áreas elementares MODELO DE DISTRIBUIÇÃO DE SECAS REGIONAIS Análise da seca passo k=1 SELECÇÃO DA ÁREA ONDE A VARIÁVEL PADRONIZADA z É MENOR não Situação normal z < L? sim área em seca, variável reduzida, média e desvio-padrão correspondem à área seleccionada SELECÇÃO DA ÁREA ONDE A VARIÁVEL PADRONIZADA z CALCULADA NA ÁREA TOTAL É MENOR z < L? cálculo da área em seca, variável reduzida, média e desvio-padrão na área k+1 k+1 < nº total de áreas Modelo de análise da seca em cada intervalo de tempo? não Seca na área k-1 sim não sim Seca na área total da região passo k+1 FIGURA Procedimentos da análise da distribuição regional de secas. 4 PERÍODOS DE SECA EM PORTUGAL CONTINENTAL A análise de secas no território do continente Português tem sido objecto de alguns estudos nas últimas décadas. Resume-se a importância das várias situações de seca, analisadas a partir das várias metodologias aplicadas. BETTENCOURT 1975 considera ano seco quando a precipitação não é excedida em 10% dos anos em análise e faz uma caracterização dos anos secos em Portugal, no período de 1940 a Conclui que os anos mais secos, para o território do Continente, foram 1944 e 1945, e verifica em 1949, 1950, 1953, 1954, 1957 e 1967 áreas afectadas pela seca entre 87% e 70% do total do território.

17 Caracterização e monitorização de secas Página 17/26 Definindo ano seco com precipitação inferior a 75% da precipitação anual média LOUREIRO 1976 analisa as precipitações anuais no Algarve de 1941/42 a 1975/76, obtendo anos secos em 1943/44, 1944/45, 1956/57, 1957/58, 1964/65, 1966/67, 1973/74 e 1974/75. ALMEIDA 1981 faz uma análise pontual das precipitações mensais em 10 estações de medição (Bragança, Paços de Ferreira, Porto-S.Pilar, Viseu, Dunas de Mira, Marinha Grande, Lisboa, Lisboa Tapada, Elvas e Évora), com utilização do método descrito por HERBST et al. 1966, com as precipitações mensais médias como limiares de seca. Os resultados indicam durações médias dos períodos de seca entre 15 e 27 meses e índices de severidade elevados em todas as estações, observando-se de 1934 a 1973, entre 11 e 18 períodos de seca. Com o objectivo de aplicar o método de Palmer, GONÇALVES 1982 divide o país em quatro regiões, utilizando valores ponderados pelo método de Thiessen da precipitação e da temperatura do ar. O armazenamento de água no solo é considerado homogéneo no território continental. Da análise dos resultados obtidos, verifica oito períodos de seca generalizada (abrangendo a totalidade do território) no período de 1939 a 1975, sendo o período mais longo, de 21 meses, de Dezembro de 1943 a Setembro de 1945, seguindo-se períodos de seca de 11 meses em e 1975, 8 meses em 1954, 7 meses em 1953 e , 5 meses em e de 4 meses em Relativamente às várias regiões definidas são obtidos entre 37% a 45% meses de seca da totalidade dos meses analisados, dos quais a maior parte são classificados com seca fraca, sendo entre 0% e 4% classificados com seca extrema e entre 4 e 10% com seca severa. Também PIMENTA e CRISTO 1998 aplicam o método de Palmer ao território do continente português. Estes autores estudam o período de 1941 a 1992, sendo o território continental considerado homogéneo para a determinação da água no solo, tal como em GONÇALVES Os resultados obtidos indicam seca generalizada mais grave nos anos 1944, 1945, 1955, 1981 e 1992, verificando-se 3/4 do território afectado pela seca em 1945 com índices classificados entre o muito seco e o extremamente seco. Utilizando a classificação da gravidade das secas com base nos intervalos inter-decis, REIS 1992 faz uma análise da precipitação nos anos agrícolas de 1928/29 a 1990/91, dividindo o continente português em sete zonas agrícolas (Entre Douro e Minho, Trás-os-Montes, Beira Litoral, Beira Interior, Ribatejo e Oeste, Alentejo e Algarve), e conclui que é raro observar-se a mesma classificação de seca para todas as séries de precipitação dentro da mesma região, num mesmo ano. Maior número de anos com classificação extremamente seco e muito seco é verificado na região Alentejo. No Quadro 4.1 indicam-se as percentagens de área do território afectadas nos vários anos classificados como secos e/ou extremamente secos.

18 Caracterização e monitorização de secas Página 18/26 QUADRO Anos agrícolas secos e/ou extremamente secos e área do território continental afectada (REIS 1992). Anos de seca Território afectado (% da área total) 1944/45, 1980/ / / / / /83, 1974/75, 1928/29, 1988/89, 1943/44, 1931/32, 1934/35 32 ESPÍRITO SANTO 1993 efectua uma análise de precipitações com o índice normalizado de anomalia, na qual verifica que as situações de seca são frequentes em Portugal continental e que nos últimos 140 anos não se verificaram mais de três anos seguidos de seca. Da análise dos anos agrícolas de 1931/32 a 1991/92 em que a precipitação foi muito inferior ao valor médio, ocorrendo no máximo em 20% dos casos, é obtida a percentagem de área do território afectada pela seca, que para os anos em comum analisados coincidem com as conclusões de REIS 1992 (Quadro 2.4), e no ano de 1991/92 a totalidade da área do continente foi afectada. VAZ 1993 faz uma caracterização de secas pontuais e regionais nos distritos de Beja e Faro, utilizando uma metodologia com base na teoria dos chorrilhos, as precipitações mensais como variáveis base, e as medianas como limiar de seca. Utilizando o período de 1931/32 a 1990/91, é verificado que os anos hidrológicos com piores situações de seca nos dois distritos foram os de 1944/45 e 1980/81, seguindo-se os de 1973/74, 1934/35 e 1957/58, e que durante as secas mais graves toda a área dos dois distritos foi abrangida pela seca em muitos meses. A seca iniciada em finais de 1991 é analisada até Abril de 1993, sendo classificada como seca grave, embora menos grave do que as verificadas em 1944/45, 1973/74 e 1980/81. A aplicação regional da teoria dos chorrilhos ao território do continente efectuada por SANTOS 1981, no período de 1932/33 a 1979/80, utiliza 98 estações de medição de precipitação, dividindo o País em duas zonas (Sul e interior e Norte) e analisando precipitações anuais. São utilizados limiares de seca únicos para a totalidade da área, e considerados vários cenários para as referências relativas aos limiares de seca e áreas críticas, concluindo-se que as duas regiões consideradas têm um comportamento semelhante no que respeita às secas, que não sendo eventos raros são relativamente curtos e não muito intensos, com durações não superiores a dois anos. Obtêm-se áreas médias em seca de cerca de 70% da área total, sendo raro a ocorrência de secas na totalidade da área. Estas conclusões são no geral confirmadas por SANTOS et al Salientando-se a relevância que tem sido dada à análise da precipitação anual e mensal, pode-se concluir terem sido importantes as secas verificadas em 1944/45 e 1980/81, verificando-se períodos mais longos de seca no território do continente com cerca de dois anos, e abrangendo grande parte do País. É de salientar a dificuldade de comparação dos resultados obtidos a partir dos diversos métodos de análise de secas resultante quer dos diferentes métodos, intervalos de tempo ou limiares considerados.

19 Caracterização e monitorização de secas Página 19/26 Com o objectivo de analisar as importância das secas verificadas no território de Portugal continental, aplicou-se o modelo de distribuição de secas regionais às precipitações anuais (ano hidrológico) para o território continental. Para tal consideraram-se 42 séries de precipitação do período de 1940/41 a 1994/95, dividindo-se o país em duas regiões - uma a norte ( km 2 ) e outra a sul ( km 2 ), utilizando-se os parâmetros regionais de correcção da assimetria de 0,07 e 0,52, respectivamente. O limiar de seca considerado nas duas regiões é representado pelo quantil 0,20 da distribuição normal. Dos 55 anos hidrológicos analisados, a seca afectou mais de metade da área do território continental em 17 anos (31%), e toda a área foi afectada em 10 anos hidrológicos (18%). Na Figura 4.1 são apresentadas as secas mais severas, para a área do continente (regiões Norte e Sul), e as verificadas nos anos noventa (até 1994/95), calculadas com base na análise regional das precipitações anuais. São representados os valores de severidade em função da área para períodos de retorno (T) de 5, 10, 25, 50, e 100 anos, constituindo a severidade anual da seca o valor absoluto da precipitação transformada padronizada pela média e desvio padrão calculada relativamente às áreas respectivas. Secas mais severas em que a totalidade da área do continente foi afectada verificaram-se em 1944/45 e em 1991/92. No que respeita aos anos noventa, a análise regional das precipitações indica secas menos importantes do que as secas mais graves verificadas desde 1940/41. A importância das secas do período de 1940/41 a 1994/95 distinguem-se nas duas regiões individualizadas (Figura 4.5). A seca de 1944/45 é associada a um período de retorno de cerca de 100 anos na área a sul enquanto na área a norte o período de retorno calculado é de cerca de 50 anos. As secas de 1975/76 e de 1988/89 são associadas a períodos de retornos de cerca de 25 anos na região norte, enquanto na região sul o período de retorno da seca de 1975/76 é inferior a 5 anos, não sendo verificada seca no ano hidrológico de 1988/89. Em oposição as secas verificadas no sul em 1943/44, 1980/81 e 1982/83 com período de retorno entre 10 e 25 anos são associadas no norte a secas com período de retorno inferior a 5 anos, não se identificando seca no norte em 1982/83. Os únicos eventos de seca em toda a área do continente Português com duração de dois anos, no período de 1940/41 a 1994/95, ocorreram em 1943/ /45 e em 1974/ /76. Para a seca de dois anos consecutivos que ocorreu em 1943/44 e 1944/45 tem-se um período de retorno de aproximadamente 49 anos na região Norte e de 400 anos na região Sul. Relativamente à seca de dois anos consecutivos de 1974/75 e 1975/76 tem-se na região norte um período de retorno de 40 anos e na região sul um período de retorno de cerca de 14 anos. A seca verificada no início dos anos noventa não pode ser considerada um único evento de longa duração dado não se registarem áreas afectadas no ano de 1993/94.

20 Caracterização e monitorização de secas Página 20/26 precipitação transformada padronizada (valor absoluto) NORTE Area (%) 1944/ / / / / /95 T = 100 T = 50 T = 25 T = 10 T = 5 precipitação transformada padronizada (valor absoluto) SUL Area (%) 1943/ / / / / / /95 T = 100 T = 50 T = 25 T = 10 T = 5 FIGURA 4.1- Severidade das secas anuais em Portugal continental com base na análise regional da precipitação: situações mais graves verificadas no período de 1940/41 a 1994/95 e secas verificadas nos anos noventa. Em 1991/92 a seca atingiu a totalidade do país, em 1992/93 atingiu 66% da totalidade da área e em 1994/95 84% mas com menor importância no Norte do país. Na Figura 4.2 apresentam-se as áreas afectadas pela seca nos anos noventa e no ano hidrológico de 1944/45, seca mais importante do período de 1940/41 a 1994/95. Relativamente à seca de 1994/95 salienta-se a situação particular verificada no distrito de Beja. Na figura 4.2 são indicados os concelhos com problemas no abastecimento de água a diversas povoações, durante a seca do ano de 1995: estes problemas fizeram-se sentir com maior gravidade no Alentejo, em particular no Baixo Alentejo.

21 Caracterização e monitorização de secas Página 21/ / / / /95 Precipitação transformada padronizada em cada área em seca k seleccionada: seca situação normal ξ 0,001 = -3,090 ξ 0,20 = -0,842 FIGURA 4.2- Áreas afectadas pela seca no ano hidrológico de 1944/45 e nos anos noventa. FIGURA 4.3- Concelhos com problemas no abastecimento de água a diversas povoações durante a seca no ano de MONITORIZAÇÃO DE SECAS A monitorização de secas constitui um conjunto de análises a efectuar regularmente, com base num sistema de informação de recursos hídricos, que permitem conhecer em cada instante a gravidade da seca. Os indicadores fornecidos pela monitorização de secas

22 Caracterização e monitorização de secas Página 22/26 permitem associar aos níveis de gravidade da seca mecanismos a desencadear para a sua mitigação, sendo para tal necessário dispor-se de informação relativa às actividades socio-económicas das regiões e à avaliação de medidas tomadas em situações de seca verificadas no passado. Para além da monitorização, a prevenção de secas inclui a previsão, actualmente pouco eficiente tendo em consideração os aspectos de longo prazo que caracterizam as situações de seca. O desenvolvimento de métodos que permitam a prevenção das secas é fundamental, dadas as consequências graves destas situações, permitindo a caracterização de secas ocorridas no passado delinear os aspectos a considerar para a identificação e acompanhamento de secas em curso. Na Figura 5.1 esquematiza-se o sistema de prevenção e protecção de secas. Tendo por base, em situação normal, a gestão de recursos hídricos, a análise e desenvolvimento de métodos de previsão e monitorização de secas que se revelem mais adaptados às diversas situações e a monitorização e avaliação de recursos hídricos, a situação de seca vai introduzir alterações nas estratégias de gestão de recursos hídricos, evidenciando-se a necessidade de intensificação da monitorização e avaliação de recursos hídricos. Esta intensificação em conjunto com a avaliação periódica dos impactos da seca orienta a implementação de medidas mitigadoras. A definição e implementação de medidas mitigadoras, devem prever mecanismos de avaliação dos resultados obtidos com medidas já aplicadas, de modo a que a análise da sua eficácia permita eventuais alterações (CUNHA 1982). Situação normal Gestão de Recursos Hídricos Desenvolvimento de métodos de previsão e monitorização Monitorização de recursos hídricos Avaliação de recursos hídricos Implementação de medidas preventivas Previsão de situações de seca Situação de seca Modificação das estratégias de gestão de recursos hídricos Intensificação da monitorização de recursos hídricos Intensificação da avaliação de recursos hídricos Avaliação periódica dos impactos da seca Implementação de medidas mitigadoras Caracterização global da seca Suporte Legislativo e Institucional FIGURA Sistema de prevenção e protecção de secas.