Doutorando Programa de Pós-Graduação em Geografia Física - Universidade de São Paulo 2

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1 EFEITO OROGRÁFICO: ESTUDO COMPARATIVO NAS BACIAS HIDROGRÁFICAS DO RIO PIQUIRI E PIRAPÓ PR MÁRCIO GREYCK GUIMARÃES CORREA 1 PAULO MIGUEL DE BODAS TERASSI 2 EMERSON GALVANI 3 RESUMO: Esta pesquisa apresenta um estudo comparativo de correlação estatística entre a precipitação pluviométrica e a altitude entre a bacia hidrográfica do rio Piquiri e bacia hidrográfica do rio Pirapó, localizada no estado do Paraná. Para isso utilizou-se de dados de precipitação do Instituto das Águas do Paraná, compondo uma série histórica de 35 anos de 41 postos pluviométricos para a bacia do rio Piquiri e uma série histórica de 33 anos de 20 postos pluviométricos para a bacia do rio Pirapó. Calculou-se a precipitação média anual, sazonal e mensal e através da correlação linear de Pearson obteve-se a correlação entre as variáveis estudadas. Observou-se que o efeito orográfico na bacia hidrográfica do rio Piquiri é maior que na bacia hidrográfica do rio Pirapó e a correlação entre a altitude e as chuvas é maior durante o inverno, no mês de julho, para ambas as bacias hidrográficas. Palavras-chave: Bacia hidrográfica, Correlação linear, Precipitação pluviométrica, relevo, orografia. ABSTRACT: This paper presents a study of the relationship between rainfall and height, taking into consideration the annual, seasonal and monthly rainfall for Piquiri and Pirapó watershed, located in the Paraná State. For the first watershed was used 41 rain gauges with the historical series comprehends 35 years, for the second, was used 20 rain gauges with 33 years of historical datas, both provided by Instituto Águas do Paraná. For the statistical analysis Pearson s correlation was used considering rainfall and height data. It was observed that the orographic effect significantly conditions the annual rainfall in Piquiri watershed, more than Pirapó watershed. The correlations values showed that in the winter the correlation is higher than in the other seasons. Key words: Watershed, Linear Correlation, Rainfall, Reliefe, Orography. 1 Doutorando Programa de Pós-Graduação em Geografia Física - Universidade de São Paulo mgreyckcorrea@gmail.com 2 Doutorando Programa de Pós-Graduação em Geografia Física - Universidade de São Paulo - pmbterassi@usp.com 3 Professor Dr. Departamento de Geografia e Programa de Pós-Graduação em Geografia Física Universidade de São Paulo egalvani@usp.br 1986

2 1 Introdução Os estudos relacionados aos recursos hídricos em países tropicais são extremamente importantes para o desenvolvimento socioeconômico destes. Áreas populosas e de importantes atividades agrícolas e industriais dependem dos recursos hídricos e, portanto, o uso e a preservação desses recursos são de interesse de setores da economia, da política e da sociedade. Para compreender a dinâmica natural que envolve a disponibilidade dos recursos hídricos, têm-se como prioridade os estudos que envolvem o ciclo hidrológico, as bacias hidrográficas, a precipitação pluviométrica, os sistemas de escoamento e infiltração da água na superfície terrestre e todas as suas decorrências nos subsistemas naturais relacionados. Shelton (2009) evidencia que a escassez dos recursos hídricos e questões relacionadas às mudanças climáticas impuseram a necessidade de compreender as relações entre o clima, o ciclo hidrológico e os recursos hídricos. Um dos componentes de maior importância na análise climática de uma bacia hidrográfica, a orografia corresponde a um importante atributo no controle da circulação atmosférica e, consequentemente, determina a distribuição espacial e temporal de elementos climáticos como a precipitação. Christopherson (2012) conceitua a orografia como um fenômeno em que a topografia funciona como uma barreira para as massas de ar migratórias, ao encontrar uma barreira topográfica a parcela de ar é forçada a elevar-se e resfria-se adiabaticamente favorecendo a formação de nuvens e chuva, a barreira orográfica é intensificada durante a passagem de sistemas frontais e sistemas ciclônicos. Milanesi e Galvani (2011) explicam que, independentemente do porte do relevo, a orografia exerce controle sobre a dinâmica climática e que os processos interativos entre a atmosfera e a crosta terrestre são os gradientes de temperatura e pressão, a obstrução e a bifurcação dos ventos e a geração de brisa e nuvens, assim como a chuva orográfica e a sombra da chuva. Para a Ilha de São Vicente em Ilha Bela (SP) indicaram que as vertentes expostas à brisa marítima do Oceano Atlântico, denominadas de barlavento, apresentam os maiores totais de precipitação, enquanto que as vertentes localizadas na sombra das chuvas, a sotavento, são aquelas de menores alturas pluviométricas. Estudos realizados por Setzer (1946) sobre as condicionantes geográficas (relevo, solo e cobertura vegetal) na variabilidade pluvial no estado de São Paulo evidenciou que existe relação entre a altitude e o direcionamento das massas de ar na distribuição das chuvas. Ao estudar a distribuição espacial da pluviosidade e a dinâmica atmosférica da 1987

3 bacia hidrográfica do Ivaí (PR), Baldo (2006) discorre que junto a participação mais incisiva da frente polar atlântica, as elevações do relevo propiciam ao setor montante uma pluviometria superior a mm, sendo que com a redução das alturas altimétricas e a menor participação da frente polar atlântica, o setor jusante caracteriza-se por totais pluviométricos próximos a mm. Para Pelegatti e Galvani (2010) a associação do tipo de sistema atmosférico e o posicionamento da vertente acentuam a orografia, no litoral paulista os eventos chuvosos de longa duração apresentam maior volume de precipitação quando voltados para o Atlântico, o contrário ocorre nos postos pluviométricos localizados na vertente direcionada para o continente, mostrando a existência de uma sombra de chuva. Candido e Nunes (2008) discorrem que a irregularidade do relevo também influencia na distribuição espacial da precipitação pluviométrica, sendo que a distribuição é mais regular nas áreas menos elevadas e planas. A partir de uma perspectiva relacionada à importância das questões ambientais, especialmente os recursos hídricos, este trabalho propõe-se a apresentar um estudo comparativo da análise de correlação estatística entre a altitude e a precipitação pluviométrica na bacia hidrográfica do rio Piquiri e Pirapó, localizadas no estado do Paraná, com a finalidade de identificar a participação da altitude na distribuição da precipitação pluviométrica em bacias hidrográficas. 1.1 Localização e caracterização da área de estudo A bacia hidrográfica do rio Piquiri localiza-se na região centro-oeste do estado do Paraná, a área de drenagem de toda a bacia é de aproximadamente km 2 e limita-se ao norte e a leste com a bacia do rio Ivaí, ao sul com a bacia do rio Iguaçu e a oeste o rio Piquiri tem sua foz junto ao rio Paraná. A bacia do rio Pirapó tem área de drenagem aproximada de km 2 (ITCG, 2012) e localiza-se no setor norte e noroeste do Estado do Paraná, a foz ao norte junto ao rio Paranapanema, como se pode observar na figura 1. De acordo com a classificação de Köppen (1948) realizada por Cavaglione et al. (2000), pode-se observar na bacia hidrográfica do Piquiri dois tipos climáticos predominantes: o clima do tipo Cfa que se caracteriza por ser um clima subtropical, com verões quentes e geadas pouco frequentes; e com a elevação da altitude o tipo climático predominante é o Cfb, com temperatura média no mês mais frio abaixo de 18ºC 1988

4 (mesotérmico), geadas de inverno frequentes, com verões frescos e sem estação seca definida. Terassi e Silveira (2013) identificaram para a bacia hidrográfica do rio Pirapó as tipologias Cfa (Subtropical quente) para os setores acima de 650 metros, de temperatura média do mês mais frio inferior a 18ºC e do mês mais quente superior a 22ºC, e sem estação seca definida, e Am (Tropical com inverno seco) nas porções de menores cotas altimétricas, nas quais a temperatura do mês mais frio encontra-se entre 18 C e 22 C e a do mês mais quente acima dos 22 C, com precipitação pluviométrica concentrada nos meses de verão e significativa redução nos meses de inverno. Figura 1 - Mapa de localização das bacias hidrográficas do rio Piquiri e rio Pirapó - PR. As duas bacias hidrográficas estão localizadas no Terceiro Planalto Paranaense, isso significa que a maior parte da área de drenagem encontra-se entre cotas altimétricas de 200 m e 700 m. A bacia do rio Pirapó apresenta cotas altimétricas variando entre m enquanto na bacia do rio Piquiri varia entre m, como se pode observar na figura

5 Figura 2 - Mapa hipsométrico do Paraná com destaque para as bacias hidrográficas do rio Piquiri e rio Pirapó. 2 Materiais e métodos Para o desenvolvimento desta pesquisa utilizou-se de dados secundários de precipitação pluviométrica do Instituto das Águas do Paraná, ao qual se escolheu uma quantidade representativa de 41 postos pluviométricos na bacia hidrográfica do rio Piquiri, com série histórica de 35 anos entre 1976 e 2010 com suas respectivas altitudes e localização geográfica, para a bacia hidrográfica do rio Pirapó utilizou-se dados de 20 postos pluviométricos com série histórica de 33 anos de 1980 a Calculou-se a média anual, sazonal e mensal da precipitação pluviométrica para cada posto pluviométrico de cada bacia hidrográfica. A correlação entre a precipitação (mm) e a altitude (m) foi feita através da correlação linear de Pearson (Equação 1). 1990

6 (1) Os resultados de r próximos a 1 representam resultados satisfatórios na correlação entre precipitação e altitude, ou seja, o aumento da altitude apresenta alta correlação com o aumento da precipitação, enquanto valores de r próximos de 0 indicam pouca ou nula correlação entre a altitude e a precipitação, e valores próximos de -1 indicam correlação inversa, ou seja, o aumento da altitude e a diminuição da precipitação. O tratamento dos dados de precipitação e a elaboração dos gráficos de pluviosidade se deram a partir da utilização da planilha eletrônica Microsoft Office Excel A altimetria dos transectos esquemáticos foram elaborados utilizando informações extraídas de imagens SRTM no software ArcGIS Resultados e Discussão Com maiores elevações do terreno e maior influência do efeito orográfico, a precipitação média anual da bacia do rio Piquiri é de 1756,5 mm, enquanto na bacia do rio Pirapó é de 1482,3 mm, havendo uma diferença de 274,2 mm e 15,6% a menos de precipitação média que a bacia do rio Piquiri. A figura 3 demonstra o transecto esquemático da distribuição espacial da precipitação média anual para a bacia do rio Piquiri, que apresenta cotas altimétricas que vão de aproximadamente metros a 30 metros nas proximidades de sua foz, com uma variação pluviométrica que vai de 2.048,8 mm, para os setores mais elevados em sua porção mais elevada, com uma redução drástica no sentido jusante, com pluviometria inferior a mm. Conforme Correa (2013) e a indicação da figura 3, a orografia responde pelo aumento da pluviometria entre os intervalos que vai de 400 a 900 metros, sendo que acima desta altitude ocorre a redução dos volumes de pluviosidade, sobretudo por conta da redução das temperaturas médias e do potencial de ocorrência das chuvas convectivas no período de verão. O transecto esquemático da figura 4 demonstra a influência da orografia para a distribuição da precipitação pluviométrica na bacia hidrográfica do rio Pirapó. Observa-se que nos setores mais elevados, em altitudes superiores a 700 metros, a pluviosidade média anual é próxima a mm, enquanto na direção jusante os totais anuais se reduzem a valores inferiores a mm, em cotas altimétricas próximas a 300 metros. 1991

7 O resultado acima mencionado se alinha aos obtidos por Ribeiro (1987) para a bacia hidrográfica do Pirapó, que indica uma redução de até 35% de sua nascente até sua foz, decréscimo que está associado às menores altitudes. Figura 3 - Transecto esquemático da distribuição pluviométrica no sentido NW-SE para a bacia hidrográfica do rio Piquiri - PR. Figura 4 - Transecto esquemático da distribuição pluviométrica no sentido NW-SE para a bacia hidrográfica do rio Pirapó - PR. A figura 5 mostra a distribuição sazonal da precipitação, o inverno é período menos chuvoso para ambas as bacias hidrográficas, sendo o volume médio de chuva menor na bacia do Pirapó e principal diferença entre as bacias hidrográficas ocorre principalmente entre as estações chuvosas, para a bacia do rio Pirapó o período mais chuvoso é o verão, enquanto para a bacia do rio Piquiri é a primavera. 1992

8 Figura 5 - Precipitação média sazonal para as bacias hidrográficas do rio Piquiri e rio Pirapó - PR. Observando a figura 6 nota-se que em apenas nos meses de janeiro, fevereiro e março a precipitação na bacia do Pirapó é superior que na bacia do Piquiri, ao passo que nos demais meses ocorre o inverso. A distribuição mensal da precipitação na bacia do rio Piquiri apresenta-se mais homogênea, com uma diferença entre o mês mais e menos chuvoso de 110,9 mm, ou 57,7% de diferença, indicando um clima subtropical ou de transição, enquanto na bacia do rio Pirapó a sazonalidade hídrica é mais evidente, a diferença entre o mês mais chuvoso e o menos chuvoso é de 145,2 mm, uma redução de 73,6%, o que indica características climáticas tropicais. Isso ocorre porque a bacia hidrográfica do Pirapó apresenta características mais próximas ao clima do Brasil Central e por apresentar de forma mais direta a influência dos mecanismos atmosféricos tropicais para a geração de chuvas. Por sua vez, a bacia hidrográfica do rio Piquiri, situado em maiores latitudes, caracteriza-se por uma dinâmica atmosférica própria do Brasil Meridional, com uma melhor distribuição das chuvas ao longo do ano (NIMER, 1989). Terassi (2015) verificou para o recorte da bacia hidrográfica do Pirapó que o período que vai de janeiro a março e de setembro a dezembro apresenta as maiores alturas pluviométricas médias com a participação mais evidente dos sistemas atmosféricos 1993

9 intertropicais. Em oposição, os meses de junho, julho e agosto obtiveram as menores médias de pluviosidade, com uma atuação menor dos sistemas intertropicais e sua interação com sistemas extratropicais, o que caracteriza a tropicalização climática existente nas regiões Norte e Noroeste do Paraná, sobretudo nos setores mais setentrionais e de menores cotas altimétricas. Por sua vez, Correa (2013) observou uma distribuição anual homogênea ao longo de toda bacia hidrográfica do rio Piquiri, sendo o norte menos chuvoso, com as menores elevações do terreno e com maiores reduções nos meses de inverno, enquanto que o setor sudeste é o mais chuvoso e com a maior influência do efeito orográfico. Sobretudo, a principal diferença em relação à bacia do Pirapó está na sua condição latitudinal, tendo em conta que a região na qual está inserida a bacia do Piquiri apresenta maior participação dos sistemas frontais, tendo como parâmetro a análise rítmica realizada por Baldo (2006). Os meses de maio e outubro a bacia do Piquiri apresenta valores maiores e consideravelmente significativos com relação à bacia do Pirapó, para maio a diferença é de 34,8% e em outubro de 26,6% (Figura 6). Explica-se que o setor Centro-Oeste do Paraná, na qual se localiza a bacia hidrográfica do Piquiri, apresenta de maneira mais significativa a influência o aumento de pluviometria associado à transição de sazonalidades que marcam os meses de maio e outubro e da ocorrência dos choques de massas de ar de conteúdo distintos (TOMMASELLI; BALDO; SILVEIRA, 2004). Figura 6 - Precipitação média mensal para as bacias hidrográficas do rio Piquiri e rio Pirapó - PR. 1994

10 A tabela 1 mostra que anualmente a correlação entre a precipitação e altitude na bacia hidrográfica do rio Piquiri é de 0,72 e o outono e o inverno são as estações com melhor correlação, já na bacia do rio Pirapó as correlações apresentaram-se menores tanto anualmente, 0,68, quanto sazonalmente, sendo o inverno o período com melhor correlação entre a precipitação e a altitude. As correlações sazonais mostram resultados similares à correlação anual, sendo que as maiores correlações entre a precipitação e a altitude ocorrem na classe de altitude entre m no verão e no outono. Tabela 1 - Correlação linear de Pearson entre a precipitação anual e sazonal e a altitude para a bacia hidrográfica do rio Piquiri e do rio Pirapó - PR Bacia Anual Verão Outono Inverno Primavera Piquiri 0,72 0,67 0,68 0,78 0,66 Pirapó 0,68 0,63 0,60 0,64 0,63 A tabela 2 mostra que os meses de junho e julho apresentaram melhor correlação entre precipitação e altitude para ambas as bacias hidrográficas, especialmente para a bacia do rio Piquiri. Novamente os valores da correlação apresentaram-se inferiores na bacia do rio Pirapó, com exceção do mês de novembro. Importante ressaltar que fora dos meses invernais, período de correlação mais evidente entre a altitude e a precipitação, para a bacia do rio Piquiri o mês de janeiro (0,72), apresentou elevada correlação, para a bacia do rio Pirapó foi o mês de novembro (0,74). Tabela 2 - Correlação linear de Pearson entre a precipitação mensal e a altitude para a bacia hidrográfica do rio Piquiri e do rio Pirapó - PR Bacia J F M A M J J A S O N D Piquiri 0,72 0,54 0,63 0,58 0,59 0,75 0,80 0,66 0,70 0,73 0,33 0,66 Pirapó 0,34 0,64 0,55 0,45 0,52 0,69 0,74 0,55 0,47 0,54 0,74 0,25 A maior correlação durante os meses de outono e inverno, especialmente entre junho e julho, pode ser explicada pelo fato de que nessa época do ano os sistemas frontais são mais frequentes na América do Sul como um todo (CARDOZO; REBOITA; GARCIA, 2015). Inversamente, durante primavera verão as chuvas na região apresentam, em geral, gênese convectiva, ou seja, de caráter mais localizado e menor deslocamento espacial, como as frontais, o que reduz o papel do relevo do processo de formação de nuvens e chuvas. 1995

11 Estudos feitos por Oliveira (1986) analisaram os sistemas frontais em 4 bandas latitudinais, concluindo que o máximo de penetrações de frentes frias no continente ocorre durante o mês de julho, sendo que nos meses de outubro e novembro ocorre a máxima interação destes sistemas frontais com a convecção tropical, principalmente nas bandas de 35 S-25 S e 25 S-20 S. 4 Considerações Finais Os resultados mostram que a bacia do rio Piquiri apresenta uma média pluviométrica superior às observadas na bacia do rio Pirapó. A primeira apresenta uma distribuição mensal e sazonal mais homogênea, característica de climas subtropicais ou de transição, enquanto a segunda apresenta uma sazonalidade hídrica marcante, com diminuição considerável das chuvas no inverno e o verão como o período mais chuvoso, característico de climas tropicais. O efeito orográfico também é mais significativo na bacia do rio Piquiri, principalmente nos meses invernais, período em que ocorre maior frequência dos sistemas frontais. Durante os meses de verão, as correlações entre a altitude e a precipitação é menor devido ao aquecimento da superfície e aos maiores níveis de umidade no continente, o que possibilita a maior formação de chuvas convectivas. 5 Referências BALDO, M. C. Variabilidade pluviométrica e a dinâmica atmosférica da bacia do Rio Ivaí - PR f. Tese (Doutorado). Programa de Pós - Graduação em Geografia. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Presidente Prudente, CANDIDO, D. H.; NUNES, L. H. Influência da orografia na precipitação da área entre o vale do rio Tietê e a Serra da Mantiqueira. GEOUSP, São Paulo,v.1, n. 24, 2008, p CARDOZO, A. B.; REBOITA, M. S.; GARCIA, S. R. Climatologia de Frentes Frias na América do Sul e sua relação com o Modo Anular Sul. Revista Brasileira de Climatologia, Curitiba, v. 17, p. 9-29, CAVIGLIONE, J. H.; KIIHL, L. R. B.; CARAMORI, P. H.; OLIVEIRA, D. Cartas climáticas do Paraná. Londrina: IAPAR, CD ROM. CHRISTOPHERSON, R. W. Geossistemas: uma introdução à geografia física. Porto Alegre: Bookman,

12 CORREA, M.G.G. Distribuição espacial e variabilidade da precipitação pluviométrica na bacia do rio Piquiri - PR f. Dissertação (Mestrado). Programa de Pós- Graduação em Geografia Física, Universidade de São Paulo, São Paulo, ITCG (Instituto de Terras, Cartografia e Geociências). Áreas Oficiais das Bacias Hidrográficas Disponível em: < Acesso em 04 de dezembro KÖPPEN, W. Climatologia: com un estúdio de los climas de la tierra. México. Ed. Fondo de Cultura Econômica, MILANESI, M.A.; GALVANI, E. Efeito orográfico na Ilha de São Sebastião (Ilha Bela - SP). Revista Brasileira de Climatologia, Curitiba, v.2, n.9, p.68-79, NIMER. E. Climatologia do Brasil. 2ªEdição. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, p. OLIVEIRA, A. S. Interações entre sistemas frontais na América do Sul e a convecção da Amazônia Dissertação (Mestrado em Meteorologia) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, PELLEGATTI, C. H. G.; GALVANI, E. Avaliação da precipitação na Serra do Mar - SP eventos de diferentes intensidade e duração. Geousp, São Paulo, v. 13, n.27, p , RIBEIRO, A. G. Caracterização termo pluviométrica da bacia hidrográfica do rio Pirapó - PR. Boletim de Geografia. Maringá, v. 5, n.1, p , SETZER, J. A distribuição normal das chuvas no estado de São Paulo. Revista Brasileira de Geografia. n 1, SHELTON, M. L. Hydroclimatology: Perspectives and applications. Cambridge: Cambridge University Press, TERASSI, P. M. B.; SILVEIRA, H. Aplicação de sistemas de classificação climática para a bacia hidrográfica do rio Pirapó - PR. Formação, Presidente Prudente, v. 1, n.20, p , TERASSI, P.M.B. Variabilidade pluviométrica e a erosividade na unidade hidrográfica Pirapó, Paranapanema III e IV, Paraná f. Dissertação (Mestrado). Programa de Pós - Graduação em Geografia, Universidade Estadual de Maringá, Maringá, TOMMASELLI, J. T. G.; BALDO, M. C.; SILVEIRA, H. Caracterização pluviométrica da mesorregião geográfica centro ocidental paranaense. In: VI Simpósio Brasileiro de Climatologia Geográfica, Aracaju, p.1-9,