IV SISTEMATIZAÇÃO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS PARA A REGIÃO DO MUNICÍPIO DE JOINVILLE/SC

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1 IV SISTEMATIZAÇÃO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS PARA A REGIÃO DO MUNICÍPIO DE JOINVILLE/SC Willians Cesar Benetti (1) Acadêmico do Curso de Engenharia Civil, Bolsista PROBIC/UDESC. Centro de Ciências Tecnológicas Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC). Doalcey Antunes Ramos (2) Professor, Engenheiro Civil (UFRJ), M.Sc. (COPPE), Ph.D. (Imperial College, Londres) Coordenador dos Laboratórios de Hidrologia e Hidráulica Departamento de Engenharia Civil UDESC Endereço (1) : Rua Água Marinha, 540 Apto. 201 Bl. A Saguaçú - Joinville - SC - CEP: Brasil - Tel: +55 (47) willianscb@bol.com.br. Endereço (2) : Rua Sen. Felipe Schmidt, 362 Ap 204-B - Centro - Joinville - SC - CEP Brasil - Tel.: +55 (47) / Fax: +55 (47) doalcey@yahoo.com.br RESUMO O presente trabalho tem como objetivo principal a sistematização e caracterização do regime pluviométrico da região de Joinville, SC, através da análise de dados coletados em estações pluviométricas da região e catalogados na Agência Nacional de Águas ANA, na EPAGRI SC, e na Estação Meteorológica UDESC- UNIVILLE, localizada no Campus Universitário. A sistematização e caracterização do regime de chuvas regional contemplam estudos de variação temporal e espacial dos totais anuais e mensais precipitados, determinação da precipitação média espacial; análise de freqüência de séries anuais e estudo de relações das precipitações diárias máximas anuais com o período de retorno (relações PF). A obtenção de tais relações irá possibilitar que os projetos locais utilizem dados reais da região. PALAVRAS-CHAVE: Regime pluviométrico, Precipitação média espacial, Período de retorno. INTRODUÇÃO Hidrologia é uma ciência que se baseia na observação dos processos envolvidos no meio físico natural. Para analisar a sazonalidade da ocorrência de precipitações, num determinado local, utilizam-se observações realizadas no passado, uma vez que os fenômenos provocadores dos processos hidrológicos na bacia hidrográfica são eventos meteorológicos, cuja previsão a médio e longo prazo, o conhecimento atual ainda não dispõe de explicações determinísticas suficientes (TUCCI, 2000). A sistematização de dados de chuva para uma certa região facilita certamente os profissionais da área que freqüentemente trabalham no dimensionamento de projetos, construção, operação, entre outros, de diversas obras da engenharia civil. No que se refere a dados pluviográficos, estes são ainda escassos em certas cidades brasileiras e, mesmo em regiões onde a densidade de postos pluviográficos é satisfatória, o tratamento sistemático dos registros disponíveis nem sempre permite sua pronta utilização em projetos. No entanto, dados pluviográficos nem sempre estão disponíveis na região de interesse ou o tratamento sistemático dos registros quando disponíveis nem sempre permite sua pronta utilização nos diversos projetos. Em função da importância do conhecimento de chuvas de alta intensidade e curta duração principalmente nos estudos de drenagem urbana em geral, e mesmo no controle da erosão, existe a necessidade de se analisar e processar os dados pluviográficos atualmente disponíveis de uma forma sistemática e permanente. É de fundamental importância a manutenção de arquivos de dados analisados e processados, atualizados de forma permanente, devido, sobretudo, ao caráter aleatório da ocorrência das chuvas. METODOLOGIA UTILIZADA Em cada caso, a metodologia a ser utilizada é função das condições de contorno que se apresentam, e que são impostas pelo meio físico, pelos diversos tipos de recursos de que se dispõe, e pelos objetivos do estudo. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1

2 Foram calculadas para cada estação e comparados para toda a região que abrange o município de Joinville: as variações dos totais anuais precipitados; as variações dos totais mensais precipitados; o índice pluviométrico e o número médio de dias de chuva. A relação da precipitação diária máxima anual com o período de retorno foi obtida a partir do uso da distribuição de probabilidade de Gumbel. Um dos maiores problemas está na determinação da intensidade de chuva, uma vez que quase sempre não existe uma rede pluviográfica suficientemente densa que permita o estabelecimento de relações entre a intensidade, a duração e a freqüência de ocorrência das chuvas intensas locais. Com base nisso analisou-se dados coletados em estações pluviométricas instaladas na região de Joinville. Simões (2004) analisou algumas das estações selecionadas. Os métodos para preenchimento de falhas e análise de consistência adotados (Método das duplas massas) foram os mesmos estabelecidos por Simões (2004), e apresentados por Tucci (1993) e Villela e Mattos (1975). DADOS UTILIZADOS Os dados utilizados foram obtidos a partir da análise de registros pluviográficos das estações localizadas nos municípios de Araquari, Corupá, Jaraguá do Sul, Joinville, Pirabeiraba e Schroeder, tonalizando treze estações. As análises dos dados foram feitas utilizando-se a planilha eletrônica Microsoft Excel. A partir desta planilha foram realizadas as verificações dos pluviogramas para obtenção da série anual e o tratamento estatístico dos dados para obtenção dos parâmetros desejados. Na figura 1 estão apresentadas as estações analisadas. Figura 1: Mapa de localização das estações analisadas na região de Joinville, SC. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2

3 TOTAIS ANUAIS PRECIPITADOS No primeiro momento, foi realizada a determinação dos totais anuais precipitados para cada estação. A tabela 1 apresenta os valores da precipitação total anual média de cada estação (em mm). A figura 2 apresenta a comparação gráfica dos valores de precipitação total anual média entre as estações. Tabela 1: Precipitação total anual média de cada estação. ESTAÇÕES h MT (mm) ARAQUARI , ,8 CORUPÁ , ,5 GARUVA ,2 JARAGUÁ DO SUL , , ,7 JOINVILLE , , ,0 PIRABEIRABA ,3 SCHROEDER ,6 Figura 2: Precipitação total anual média de cada estação. 3500,0 3000,0 2500,0 Precipitação (mm) 2000,0 1500,0 1000,0 500,0 0, ARAQUARI CORUPÁ GARUVA JARAGUÁ DO SUL JOINVILLE PIRAB. SCHROED. Estações Nota-se que a estação (Estrada dos Morros) localizada no município de Joinville, registra a maior precipitação total anual. Tal resultado já era esperado devido a sua posição próxima à Serra do Mar. PRECIPITAÇÃO MÉDIA MENSAL A tabela 2 apresenta os valores de precipitação média mensal para cada estação (em mm). A figura 3 apresenta graficamente os resultados da tabela 2. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3

4 Pode ser observado que as maiores médias mensais são verificadas na estação (Estrada dos Morros), confirmando a influência orográfica no regime de chuvas local. Constata-se que os períodos mais chuvosos vão do início do mês de setembro até o final do mês de março, e os períodos de menor precipitação do início do mês de abril até o final do mês de agosto. A ocorrência da variação entre as estações decorre em função do posicionamento geográfico (latitude e longitude) da estação e sua altitude em relação ao nível do mar. Tabela 2: Precipitação média mensal para cada estação. Período(meses) Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez ARAQUARI ,6 217,5 205,1 108,3 127,9 105,1 170,4 98,3 152,4 167,3 141,3 162, ,0 211,9 183,4 108,1 91,2 93,0 116,9 92,4 145,0 166,0 143,0 196,7 CORUPÁ ,6 220,2 179,8 107,5 105,0 105,4 113,2 107,1 156,9 179,2 142,3 179, ,0 220,5 158,1 109,3 109,5 113,5 116,1 112,4 175,3 169,1 140,1 174,2 GARUVA ,8 346,4 307,8 178,3 128,7 111,6 136,3 104,2 208,6 214,7 229,2 262,3 JARAGUÁ ,1 235,8 197,1 114,7 115,9 109,0 114,7 100,7 152,3 167,3 152,1 190,7 DO SUL ,3 236,4 169,2 106,5 118,5 95,1 102,1 86,2 160,8 190,7 124,4 169, ,8 187,8 159,9 103,9 91,5 84,6 87,4 88,3 126,8 143,9 129,4 144,6 JOINVILLE ,0 387,8 341,4 219,7 177,4 160,8 152,9 121,3 271,7 276,1 246,5 270, ,8 313,2 284,9 108,3 75,0 113,5 139,4 118,2 216,2 212,3 192,2 203, ,9 288,3 223,8 142,1 149,3 142,2 156,6 110,0 212,2 217,7 191,5 222,3 PIRABEIRABA ,0 331,8 287,5 131,9 132,6 129,7 133,7 105,8 209,2 210,1 186,0 218,2 SCHROEDER ,7 252,5 200,4 110,7 111,2 114,9 110,1 80,7 178,4 204,6 142,6 180,5 Figura 3: Precipitação média mensal para cada estação. Precipitação Média (mm) 600,0 500,0 400,0 300,0 200, Jionville Araquari Garuva Araquari Pirabeiraba Joinville Joinville Jaraguá do Sul Corupá Jaraguá do Sul Joinville Corupá Schroeder 100,0 0,0 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Período (Meses) PRECIPITAÇÕES DIÁRIAS MÁXIMAS ANUAIS: RELAÇÕES PF As relações entre as máximas alturas de chuva diárias e o respectivo período de retorno, em anos, são conhecidas como relações PF (Precipitação diária máxima anual x Freqüência). Para o estabelecimento das relações PF existem várias distribuições probabilísticas que podem ser usadas em estudos de chuvas intensas, como a Distribuição Log-Normal, Distribuição de Pearson, Log-Pearson e a Distribuição de Extremos tipo I, também chamada de Gumbel. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4

5 Para chuvas intensas, existem vários trabalhos mostrando que a Distribuição de Gumbel se ajusta bem e, por isso, tem sido largamente empregada. Para a sua aplicação, é indispensável ter uma série de máximos valores anuais (BACK, 2002). Pela distribuição de Gumbel, a probabilidade de ocorrer no futuro um evento menor ou igual que X é dada por: [ X x] = F( X ) α ( x β e ) P = e equação(1) onde: P[X x] é a probabilidade de um evento não ser ultrapassado; F(X) representa a função de distribuição acumulada; é o parâmetro de escala (desvio-padrão da distribuição de Gumbel); β é o parâmetro de posição (Moda) da distribuição de Gumbel. Considerando a variável reduzida y definida por y= (X- β), pode-se escrever: y P X x = e e equação(2) [ ] Dessa forma, a probabilidade de ocorrer um evento X maior ou igual a x é dada por: y e P X x = 1 e equação(3) [ ] Os parâmetros do modelo podem ser estimados conforme: Sn α = equação(4) S Yn β = x equação(5) α onde: x é a média dos valores observados de X; S é o desvio-padrão dos valores observados de X; Yn, Sn são, respectivamente, a média e o desvio padrão da variável reduzida y. Dessa forma, a precipitação extrema X com período de retorno T pode ser estimada pela equação: S X = x + Y Yn equação(6) ( ) Sn em que: 1 y = ln ln 1 equação(7) T Normalmente, o primeiro passo para a análise de dados é a estimativa da probabilidade de excedência, ou sua recíproca, igual aos tempos de retorno, de amostras (TUCCI, 1993). A estimativa da probabilidade de excedência é usualmente calculada: m P [ X x] = equação(8) n Onde: m é o número de ordem da variável, ordenada do valor mais raro para o menos raro. N é o tamanho da amostra. Os períodos de retorno utilizados para a análise das relações PF foram de 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100, 1000 anos. Cada estação foi analisada isoladamente, e após, feita uma comparação entre todas. Na tabela 3, estão apresentadas as alturas de chuva para os referentes períodos de retorno, dados em mm e anos respectivamente. Na figura 4, as relações PF para cada estação estão apresentadas e já comparadas. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5

6 Tabela 3: Alturas de chuva diária máxima anual X Períodos de retorno (relações PF). Período de Retorno: T(anos) ARAQUARI ,3 229,4 257,6 277,3 292,6 339,5 366,7 386,0 539, ,3 138,8 149,2 156,5 162,1 179,5 189,5 196,7 253,5 CORUPÁ ,8 118,5 126,7 132,5 137,0 150,7 158,7 164,4 209, ,9 147,7 159,4 167,6 174,0 193,4 204,8 212,8 276,6 GARUVA ,0 175,2 187,2 195,5 202,0 221,9 233,4 241,6 306,8 JARAGUÁ ,8 140,0 150,8 158,4 164,3 182,3 192,8 200,2 259,3 DO SUL ,5 114,8 122,3 127,6 131,7 144,2 151,4 156,6 197, ,9 109,5 119,4 126,4 131,7 148,2 157,8 164,6 218,7 JOINVILLE ,8 181,4 194,7 204,1 211,3 233,4 246,2 255,3 327, ,4 129,7 137,7 143,4 147,7 161,2 168,9 174,5 218, ,6 150,2 160,2 167,2 172,6 189,2 198,8 205,6 260,0 PIRABEIRABA ,3 148,6 158,3 165,1 170,3 186,5 195,9 202,5 255,5 SCHROEDER ,1 123,5 132,2 138,3 142,9 157,4 165,7 171,7 219,0 Figura 4: Comparação das Relações PF entre as estações estudadas h(mm) 600,0 500,0 400,0 300, Araquari Araquari Corupá Corupá Garuva Jaraguá do Sul Jaraguá do Sul Joinville Joinville Joinville Joinville Pirabeiraba Schroeder 200,0 100,0 0, Período de RetornoT(anos) CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES O trabalho dá ênfase às variações temporais e espaciais da pluviometria regional, com o objetivo principal de criar curvas, gráficos, tabelas e mapas, que facilitem a consulta e utilização dos dados de chuvas por profissionais que trabalham com gestão dos recursos hídricos da região. O número de estações utilizadas se revelou suficiente, pois as estações estão distribuídas em toda a região em estudo. Contudo, à medida que novos dados estejam disponíveis, este estudo poderá ser complementado. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. BACK, Álvaro José. Chuvas intensas e chuva de projeto de drenagem superficial no Estado de Santa Catarina. EPAGRI, Florianópolis, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 6

7 2. PEDROLLO, Márcia C., SOTÉRIO, Patrícia W. & PEDROLLO, Olavo C. Variação Temporal das Precipitações Anuais no Rio Grande do Sul. In: XV Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, ABRH, Anais (CD), Curitiba, SIMÕES, J. C. X. Caracterização Pluviométrica do Município de Joinville, SC. Trabalho de Graduação, Departamento de Engenharia Civil, UDESC, Joinville, TUCCI. C E. M. (org.). Hidrologia Ciência e Aplicação. ABRH/EDUSP/Editora da UFRGS, Porto Alegre, VILLELA, S. M. & MATTOS, A. Hidrologia Aplicada. McGraw-Hill do Brasil Ltda., São Paulo, ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 7