DEFINIÇÃO DE ISOZONAS DE PRECIPITAÇÃO NO SEMIÁRIDO BRASILEIRO

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1 DEFINIÇÃO DE ISOZONAS DE PRECIPITAÇÃO NO SEMIÁRIDO BRASILEIRO Juliana Argélia Garcia de Almeida 1 * & Francisco Jácome Sarmento 2 Resumo No presente artigo, conjuga-se um método de descrição espaço-temporal da precipitação anual com técnicas de interpolação espacial com vistas à definição de isozonas nas quais a conversão local da influência regional causadora da chuva apresenta similaridade. O espaço geográfico de aplicação corresponde ao semiárido nordestino. Ao todo, foram analisadas mais de 5 mil estações pluviométricas que integram a rede de monitoramento da região e suas adjacências. Os vetores regionais e de coeficientes foram estimados para cada uma das unidades hidrográficas constitutivas da área monitorada. O uso da técnica de interpolação conhecida como IQD (Inverso do Quadrado da Distância) foi eleito como mais adequado para os fins pretendidos. Palavras-Chave Recursos Hídricos, Vetor Regional, Interpolação. DEFINITION OF RAINFALL ISOZONES IN BRAZILIAN SEMIARID Abstract This paper combines a space-time description method of annual rainfall with spatial interpolation techniques aiming to define isozones in which the local conversion of regional influence that causes rain has similarity. The geographical area application corresponds to the northeast semiarid. In all, over 5000 rainfall stations that make up the monitoring network in the region and its surroundings was analyzed. The regional and coefficients vectors were estimated for each hydrographic units that constitutes constituting the monitored area. The use of interpolation technique known as IQD (Inverse Squared Distance) was elected as the most suitable for the intended purpose. Keywords Water Resources, Regional Vector, Interpolation. 1 Tecnóloga em Geoprocessamento, Hydrotech Consultoria, juliana.garciah@gmail.com. 2 Professor Associado, UFPB Universidade Federal da Paraíba, jacomesarmento@hotmail.com. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1

2 INTRODUÇÃO A escassez de recursos hídricos tem sido vista como um dos principais problemas na atualidade. O impacto da crise tem imposto rigorosos esquemas de racionamento à população bem como ao setor econômico em diversas regiões do país. Nas esferas do planejamento e da gestão das águas tem-se buscado respostas adequadas à situação estabelecida. Em particular, nas zonas de histórica carência hídrica, estudos regionais têm sido realizados com o objetivo de otimizar as decisões e ações, maximizando a racionalidade do uso das reservas disponíveis. Nesse contexto, da perspectiva técnica, o conhecimento do comportamento de variáveis hidrológicas é de extrema importância. A lida com as informações disponíveis esbarra não raramente na baixa quantidade de séries temporais com extensão útil e consistência adequada. Embora relativamente privilegiadas sob o aspecto de serventia aos propósitos dos estudos de natureza hidrológica, as séries temporais de chuva demandam tratamento específico que as caracterize do ponto de vista qualitativo, o qual geralmente lança mão de técnicas capazes de corrigir anomalias e preencher lacunas nas séries de extensão e continuidade atrativas. Em termos quantitativos, uma das maneiras mais eficazes para contornar a carência de dados é pelo uso de procedimentos de regionalização. Segundo Tucci (1993), trata-se de um conjunto de técnicas e ferramentas estatísticas e matemáticas que buscam auxiliar, utilizando valores conhecidos, a estimativa de variáveis hidrográficas cujo real valor não pode ser medido, dentro de uma área de comportamento hidrológico semelhante. Dentro desse contexto e devido a importância da confiabilidade dos dados, podendo estes, comprometerem os resultados de qualquer ação ou metodologia aplicada, faz-se necessário o uso de rigoroso tratamento e análise de consistência de dados, a fim de obter séries homogêneas, preenchidas e consistidas. A análise de consistência pluviométrica tem sido recorrentemente realizada pelo método denominado Vetor Regional. Segundo os autores (Hiez e Rancan, 1983), o Vetor Regional é uma série "de índices pluviométricos anuais ou mensais, oriundos da extrapolação por um método de máxima verossimilhança, da informação mais provável, contida nos dados de um conjunto de estações de observação agrupadas, por região". Um procedimento específico dirigido ao preenchimento de falhas observacionais de chuva é apresentado por Sarmento (1991) tendo como base o uso conjunto de vetores regionais anuais e mensais, aliados à equações regressivas lineares múltiplas. O método do Vetor Regional procura descrever o fenômeno da precipitação no tempo e no espaço como produto de um efeito regional (representado pelo próprio vetor indexado no tempo) e de um efeito local (representado pelo vetor de coeficientes). Assim, pode-se dizer que os componentes do vetor de coeficientes promovem a conversão local da influência regional associada a ocorrência de precipitações. A descrição da variabilidade espacial das componentes conversoras do efeito regional encontra nas técnicas de interpolação uma potencial ferramenta para a estimativa de valores não conhecidos. Para Burrough (1986), a interpolação espacial é o procedimento para se estimar valores de propriedades de locais não amostrados, baseando-se em valores de dados observados em locais conhecidos. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2

3 MATERIAL E MÉTODOS Caracterização da área de estudo A área de interesse do presente estudo corresponde praticamente à toda a região Nordeste do Brasil, incluindo-se uma pequena parcela inserta no norte de Minas Gerais, cujo viés hidroclimatológico faz parte do semiárido brasileiro. A região em tela, conhecida como uma região problemática do ponto de vista climático, está localizada entre os paralelos 1 0 e 18 0 S e os meridianos 35 0 e 47 0 W, com uma área aproximada de 1,5 milhões de km 2 (Figura 1). A precipitação é muito variável e condiciona as atividades socioeconômicas. Na maior parte da região, a precipitação é escassa e tem flutuações interanuais muito altas não encontradas em outros lugares da parte oriental das Américas. Essa variabilidade causa secas severas e enchentes em anos diferentes, e algumas secas duram dois anos ou mais. O território corresponde às Regiões Hidrográficas (RH) codificadas pela Agência Nacional de Águas - ANA como de números 3, 4 e 5 (Tabela 1) e divididas em vinte e oito sub-regiões hidrográficas. Tabela 1- Regiões Hidrográficas abrangidas Número da RH Região Hidrográfica (Resolução CNRH n o 32/2003) 3 Atlântico, Trecho Norte/Nordeste 4 Do São Francisco 5 Atlântico, Trecho Leste Seleção de dados de interesse Para realização do presente estudo foram utilizadas informações disponibilizadas pela ANA, através de um banco de dados (HIDROWEB) em formato Access. O banco de dados correspondente a todas as RH s acima mencionadas totaliza registros de informações de chuva concernente à RH 3, registros referentes à RH 4 e, registros coligidos na RH 5. Ao todo, compreendendo dados sobre chuvas, foram considerados registros com valores diários de precipitação, além de outros campos constantes no referido banco de dados. A Tabela 2 mostrada a seguir apresenta o número de estações pluviométricas relativas a cada RH considerada, totalizando postos. Tabela 2- Estações Pluviométricas disponibilizadas pela ANA Número da RH Número de Estações Número de Registros Foram adotados na seleção das estações os seguintes parâmetros, resultando no conjunto de informações sobre as quais foi aplicada a metodologia pretendida: Estações com início de operação anterior a 1960; Estações com pelo menos 10 anos de dados disponíveis; Análise visual das descontinuidades (falhas) presentes nas séries que foram habilitadas de acordo com os dois critérios acima e eventual exclusão das mesmas quando apresentarem ocorrência de mais de 2 ano de lacunas contínuas. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3

4 A Figura 1 mostra, além da localização da área de interesse, a espacialização, por grupo de bacias, dos dados considerados no presente estudo, totalizando postos pluviométricos. Figura 1. Área de estudo e estações pluviométricas selecionadas Análise de Consistência Definidos os dados a serem utilizados, empregou-se a metodologia de análise de consistência denominada Vetor Regional, conforme descrita por Sarmento (1991), aplicada objetivando o preenchimento das séries de chuvas das bacias. A referida metodologia é a mesma posteriormente adotada em ANA (2012). Uma das principais vantagens possibilitadas pelo seu uso é a compatibilidade resultante entre as séries nos níveis de discretização diário, mensal e anual. Zonas Homogêneas Uma vez procedida rigorosa análise de consistência dos dados disponíveis de chuva, buscouse identificar regiões cujo comportamento local é semelhante ou homogêneo no que se refere à forma como responde ao efeito regional causador das precipitações em cada uma das bacias insertas no semiárido brasileiro, seja este de atuação isolada (Ondas de Leste, por exemplo), seja uma composição ou superposição de mais de um sistema atmosférico interferente nas precipitações regionais. A partir de vetores de coeficientes representativos dos efeitos locais que convertem a influência regional em precipitações, foram utilizadas técnicas de espacialização, através de Sistema de Informações Geográficas para definição de áreas estimadas considerando a distribuição espacial dos valores conhecidos. Os interpoladores espaciais são divididos em diferentes categorias, tendo sido utilizados, no presente estudo, os interpoladores IDW (Inverso Ponderado da Distância) e Krigging (Krigagem) e XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4

5 a partir de testes e análises, definido o IDW como interpolador mais adequado à estimativa de valores, considerando os coeficientes observados. O método eleito, também conhecido como IQD (Inverso do Quadrado da Distância), devido ao uso do expoente 2, fornece uma estimativa dos valores baseando-se nos pesos ponderados aos postos mais próximos. Ou seja, quanto mais próximo do ponto a ser estimado estiver o posto, maior será o peso associado a este e, consequentemente, maior será sua influência na estimativa. Para tanto, através do módulo de Análise Geoestatística do software de SIG "ArcGIS/ ArcMap Desktop 9.1", foram realizados testes e análises com os interpoladores espaciais IDW (Inverso do Peso da Distância) e Krigging, tendo sido observada uma tênue diferença entre tais interpoladores e os respectivos erros médios oriundos dos valores estimados. Através da análise estatística e visual das imagens geradas, optou-se por utilizar o IDW para todas as sub-regiões de interesse, devido à adequação do mesmo à maioria dos dados observados. Para cada uma das vinte e oito subáreas hidrográficas, foram confeccionados mapas classificados de acordo com os coeficientes observados. Assim, cada subárea, analisada em termos de homogeneidade na forma de conversão do efeito regional em efeito local, foi mapeada individualmente de acordo com sua base regional própria (Vetor Regional). RESULTADOS E DISCUSSÃO O método do Vetor Regional permite o preenchimento e a extensão das séries a partir do nível de discretização temporal menos resistente à modelagem tempo-espacial, ou seja, o nível anual, passando pelo nível mensal, para o qual são estimados os vetores regional e de coeficientes, para chegar na desagregação diária dos valores compatibilizados nos níveis de discretização temporal superiores (anual e mensal). Resulta daí, séries preenchidas e estendidas (quando possível), compatíveis nos níveis anual, mensal e diário. Concernente aos resultados interpolados e mapeados, afetos aos vetores de coeficientes estimados, observa-se coerência entre a disposição espacial das zonas e os principais elementos fisiográficos que influem na singularização local dos efeitos regionais apreendidos pelo Vetor Regional. Um dos sinais locais mais recorrentes nas figuras mostradas vem a ser o efeito orográfico responsável pela elevação da precipitação registrada em certos postos localizados em zonas serranas. Não menos observáveis são as influências da proximidade litorânea, mormente nas bacias geograficamente dispostas na influência mais direta das Ondas de Leste. Visto de uma perspectiva regional, a semiaridez no Nordeste brasileiro é bem retratada, tanto em sua predominância espacial como na interrupção desta devido à prevalência de influências locais ou sub-regionais. Apesar de o número inicial de estações haver sido alto (mais de 5000, a totalidade disponível na região), a triagem feita com o método do Vetor Regional reduz a densidade de dados em muitas áreas. Por essa razão não se descarta a existência de alguma deformidade na configuração do mapeamento mostrado nas Figuras 2 a 29, onde se adota a referência da ANA na designação dos conjuntos de bacias hidrográficas. Região Hidrográfica 3 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5

6 Figura 2. Sub-região 74 Figura 3. Sub-região 751 Figura 4. Sub-região 752 Figura 5. Sub-região 753 Figura 6. Sub-região 754 Figura 7. Sub-região 755 Figura 8. Sub-região 756 Figura 9. Sub-região 757 Região Hidrográfica 4 Figura 10. Sub-região 758 Figura 11. Sub-região 759 Figura 12. Sub-região 761 Figura 13. Sub-região 762 Figura 14. Sub-região 763 Figura 15. Sub-região 764 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6

7 Figura 16. Sub-região 765 Figura 17. Sub-região 766 Figura 18. Sub-região 767 Figura 19. Sub-região 768 Região Hidrográfica 5 Figura 20. Sub-região 769 Figura 21. Sub-região 771 Figura 22. Sub-região 772 Figura 23. Sub-região 773 Figura 24. Sub-região 774 Figura 25. Sub-região 775 Figura 26. Sub-região 776 Figura 27. Sub-região 777 Figura 28. Sub-região 778 XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7

8 Figura 29. Sub-região 779 REFERÊNCIAS Agência Nacional de Águas - ANA (Brasil) - (2012): Orientações para consistência de dados pluviométricos / Agência Nacional de Águas; Superintendência de Gestão da Rede Hidrometeorológica. - Brasília: ANA, SGH. BURROUGH, P.A Principals of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. Oxford, Clarendon Press, 194p. HIEZ, G.L.G., RANCAN, L. (1983), Aplicação do Método do Vetor Regional no Brasil. Anais do V Simpósio Brasileiro de Hidrologia e Recursos Hídricos, v. 2. MATOS, C.E. de A.; Fraga, N. S., Viana, L. A. A., Sarmento, F. J. (1990). Comparação de Métodos para preenchimento de falhas de precipitação mensal na bacia do rio Coreaú, Estado do Ceará. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 8, p SARMENTO, F. J. Homogeneização e Preenchimento de Séries Pluviométricas: Uma Investigação com o Vetor Regional. IX SIMPÓSIO BRASILEIRO DE RECURSOS HÍDRICOS. Anais. Rio de Janeiro, Brasil,1991. TUCCI, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação, UFRGS/ABRH, Porto Alegre, Brasil, 943p, XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 8