Mapeamento de áreas de inundação em três municípios localizados na bacia do rio Itajaí

Mapeamento de áreas de inundação em três municípios localizados na bacia do rio Itajaí Gustavo Andrei Speckhann Orientador: Prof. Dr. Pedro Luiz Borges Chaffe Coorientador : Prof. Dr. Roberto Fabris Goerl

JUSTIFICATIVA INTRODUÇÃO Estima-se que as inundações resultaram 597.522 pessoas afetadas no período 1991-2012 em Santa Catarina. Sendo que ocorreram 38 mortes e 175.130 desalojados. O mapeamento de áreas susceptíveis pode ser utilizado: Análise de áreas de risco dos municípios; Identificação de boas áreas para urbanização; Inundações Blumenau 2008 2

JUSTIFICATIVA INTRODUÇÃO Tipos de modelo aplicados no mapeamento de inundações: Hidrológico e Hidráulico HEC-HMS HEC-RAS Aspectos positivos: Precisão na qualidade do mapeamento Programas com interface amigável Aspectos negativos: o Necessidade de muitos dados o Cálculo computacional pesado 3

INTRODUÇÃO 7000 Análise de série histórica Vazão (m³/s) 6000 5000 4000 3000 Log- + 0 1 10 2 10 Utilização de Modelos Digitais de Terreno Aspectos positivos Disponibilidade de MDT de alta qualidade. Baixo gasto computacional. Disponibilidade de dados fluviométricos. Aplicável em grandes áreas. Aspectos negativos o Resultado condicionado a qualidade do MDT o Ausência de dados em bacias menores 4

OBJETIVO INTRODUÇÃO O objetivo deste trabalho foi testar uma metodologia para mapeamento das áreas de inundação dos municípios de Blumenau, Gaspar e Ilhota Cálculo de tempo de retorno 5

OBJETIVOS ESPECÍFICOS INTRODUÇÃO 1 - Análise dos eventos de cheia que atingem os municípios Vazão (m³/s) 7000 6000 5000 4000 3000 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Tempo (anos) 7000 6000 5000 Vazão (m³/s) 4000 3000 (c) 0 Log- 10 1 10 2 (d) Cálculo de tempo de retorno 6

OBJETIVOS ESPECÍFICOS INTRODUÇÃO 2 - Utilizar uma metodologia Jackknife para avaliar a robustez das distribuições escolhidas; 7000 6000 Vazão (m³/s) 5000 4000 3000 (c) 0 Log- 10 1 10 2 (d) Cálculo de tempo de retorno 7

OBJETIVOS ESPECÍFICOS INTRODUÇÃO 3 - Elaborar mapas de susceptibilidade à inundação para os municípios de Blumenau, Gaspar e Ilhota. 7000 Vazão (m³/s) 6000 5000 4000 3000 0 Log- 10 1 10 2 Escolha da frequência Mapeia a cota Cálculo de tempo de retorno 8

Materiais e Métodos

ÁREA DE ESTUDO MATERIAIS E MÉTODOS Características dos municípios escolhidos - Histórico de inundações que afetam os 3 municípios - Todos desenvolveram-se ás margens do rio Itajai - Municípios conectados em série Legenda Hidrografia Municípios escolhidos Estações fluviométricas Bacia do Rio Itajaí Blumenau Gaspar Ilhota Estação Quantidade de dados Período de anos Tipo de dado Ü Blumenau 65 1939-2005 Gaspar 58 1927-1966 e 1985-2006 Ilhota 18 1989-2006 Vazão Cota Vazão 0 5 10 20 30 40 km 10

ANÁLISE PRELIMINAR DOS DADOS DE COTA E VAZÃO Dados obtidos da ANA MATERIAIS E MÉTODOS 8000 6000 Verificação dos dados de máxima, média e mínima mensal Vazão (m³/s) 4000 0 0 0.5 1 1.5 2 Tempo(dias) x 10 4 Vazão(m³/s) 7000 6000 5000 4000 3000 mínima media máxima 7000 Separação em máximas anuais 6000 0 0 200 400 600 800 Tempo (meses) Vazão (m³/s) 5000 4000 3000 Ano 1983 Avaliação de possíveis resultados extremos 1940 1950 1960 1970 1980 1990 Tempo (anos) 11

DISTRIBUIÇÕES DE EXTREMO MATERIAIS E MÉTODOS 2 parâmetros ( média e desvio padrão) Log 2 parâmetros (média e desvio padrão) 1 = 2 2 parâmetros ( média e desvio padrão) = 1 2 1 2 1 2 ln( ) = 1 > 0 LogPearson tipo 3 3 parâmetros (média, desvio padrão e assimetria) = ln exp ln Γ α 12

PROCEDIMENTO JACKKNIFE MATERIAIS E MÉTODOS A utilização de Jackknife auxilia em 2 aspectos: - Cálculo do Erro Padrão e Bias - Identificação de falsos positivos Coeficiente de correlação 1 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 Log- 0.93 0 5 10 15 20 Repetições 13

IMPLEMENTAÇÃO DE ROTINAS NO MATLAB MATERIAIS E MÉTODOS Cálculo das distribuições de extremo Procedimento do Jackknife. Análise preliminar dos dados Cálculo de Erro Padrão e Bias, Log, e Log Pearson tipo 3 14

COLETA DE DADOS EM CAMPO MATERIAIS E MÉTODOS Pontos registrados com GPS: RN das réguas das estações utilizadas. Marcar os pontos e o nível das inundações mais severas. Primeiros pontos à inundar. 1983 15

HAND HEIGHT ABOVE NEAREST DRAINAGE MATERIAIS E MÉTODOS O HAND reclassifica o modelo digital de terreno (MDT), levando em consideração a diferença de elevação do terreno e da rede de drenagem mais próxima. SRTM/NASA SC Pixel de 30x30m + Preenchimento de falhas no MDT (sinks e pits) 16

Resultados e Discussão

DISTRIBUIÇÕES RESULTADOS 7000 6000 5000 Blumenau 5000 4000 Ilhota Vazão (m³/s) 4000 3000 0 Log- 10 1 10 2 Vazão (m³/s) 3000 0 Log- 10 1 10 2 Cota (cm) 1600 1400 1200 800 Log- 600 400 10 0 10 1 10 2 10 3 Cota (cm) Gaspar 1 Gaspar 2 1500 500 0 10 0 10 1 10 2 10 3 Log- 18

DESEMPENHO DAS DISTRIBUIÇÕES RESULTADOS Ao aplicar Jackknife, as distribuições utilizadas apresentaram resultados com baixa oscilação. Em geral, os valores de Erro Padrão e Bias permaneceram próximos de 2%. Coeficiente de correlação (a) (c) 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 Log Log Pearson 3 (b) Coeficiente de correlação 0.995 0.99 0.985 0.98 0.975 0.97 0.965 (d) Log Log Pearson 3 Distribuição Cidade Blumenau Ilhota Gaspar 1 Gaspar 2 0.97 0.97 0.97 0.94 Log- 0.97 0.97 0.98 0.93 0.93 0.94 0.99 0.96 Log-Pearson 3 0.97 0.97 0.99 0.95 Coeficiente de correlação 0.96 0.94 0.92 0.9 0.88 Log Log Pearson 3 Coeficiente de correlação 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 Log Log Pearson 3 19

ESCOLHA DE FREQUÊNCIA PARA MAPEAMENTO RESULTADOS 7000 5000 6000 5000 4000 Vazão (m³/s) 4000 3000 1600 1400 1200 0 Log- 10 1 10 2 Vazão (m³/s) 3000 0 1500 Log- 10 1 10 2 Susceptibilidade à inundação Tempo de retorno (anos) Alto < 5 Médio 5 > x < 25 Baixo > 25 Cor representativa Cota (cm) 800 Log- 600 400 10 0 10 1 10 2 10 3 Cota (cm) 500 0 10 0 10 1 10 2 10 3 Log- 20

MAPAS DE SUSCEPTIBILIDADE A INUNDAÇÃO RESULTADOS 680000 685000 690000 695000 700000 705000!.!.!.!. 70 7037000 695000 700000 705000 70 Susceptibilidade a Inundação 715000 7037000 700000 705000 70 715000 70 7037000 7037000 %, Estação Fluviométrica!. Pontos coletados em campo 7037000 7037000 Alta - Tr < 5 anos 7030000 Susceptibilidade a Inundação 7030000 7030000 Média - 5 > Tr > 25 anos Baixa - Tr > 25 anos 7030000 7030000 7030000 %, Estação Fluviométrica 7009000 7016000 7023000 %,!. Pontos coletados em campo Alta - Tr < 5 anos Média - 5 > Tr > 25 anos!.!.!.!.!.!.!.!.!.!. Baixa - Tr > 25 anos 0 1.5 3 6 9 12 km 7009000 7016000 7023000 7023000 7016000 %, %,!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!. %,!.!.!.!.!.!. 7016000 7023000 7016000 7023000 Susceptibilidade a %, Inundação!.!.!.!.!.!.!.!.!.!. %, Estação Fluviométrica!. Pontos coletados em campo Alta - Tr < 5 anos Média - 5 > Tr > 25 anos!.!. %,!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!. 7023000 7016000 700 700 7009000 0 1 2 4 6 8 km 7009000 Baixa - Tr > 25 anos 0 1 2 4 6 8 km 680000 685000 690000 695000 700000 705000 70 695000 700000 705000 70 715000 700000 705000 70 715000 70 21

Vazão (m³/s) 7000 6000 5000 4000 3000 0 MAPAS DE SUSCEPTIBILIDADE A INUNDAÇÃO Log- 10 1 10 2!.!.!.!. 0 2 4 8 12 16 km RESULTADOS 1983 %,!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!.!. 5000 4000 Cota (cm) 1600 1400 1200 800 Log- 600 400 10 0 10 1 10 2 10 3 Susceptibilidade a inundação!. Pontos coletados em campo %, Estação Fluviométrica Alta - Tr < 5 anos Média - 5 > Tr > 25 anos Baixa - Tr > 25 anos Vazão (m³/s) 3000 0 Log- 10 1 10 2 22

Conclusões e Recomendações

CONCLUSÕES RESULTADOS OE1 - Análise dos eventos de cheia que atingem os municípios As distribuições de extremo apresentaram valores de coeficiente de correlação próximos de 1. OE2 - Utilizar uma metodologia Jackknife para avaliar a robustez das distribuições escolhidas Os valores de Bias e Erro Padrão foram baixos (4% a 7%). 24

CONCLUSÕES RESULTADOS OE3 - Elaborar mapas de susceptibilidade à inundação para os municípios de Blumenau, Gaspar e Ilhota. Modelo aparentemente robusto para produção de mapas de susceptibilidade a inundação. 25

RECOMENDAÇÕES RESULTADOS Variar o tempo de retorno adotado na classificação da susceptibilidade de modo a testar e comparar a diferença no mapa. Aplicar HAND utilizando Modelo Digital de Terreno de melhor qualidade. Fazer uma análise da Bacia como um todo e comparar com o resultado para cada município. 26

Muito obrigado!

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS RESULTADOS HIRSCH, R. M; HELSEL, D.R.; COHN, T.A.; GILROY, E.J.. Statistical analysis of hydrologic data: Hydrology and Chance. In: MAIDMENT, David R. (Org.). Handbook of hydrology. 20. ed. United States Of America: R. R. Donnelley & Sons Company, 1992. Cap. 17.1, p. 17.1. MCCUEN. R. H. Modeling hydrologic change: statistical methods. Department of Civil and Environmental Engineering University of Maryland, College Park MD, 450p. 1941. NAGHETTINI, M.; PINTO, É. J. de A.. Hidrologia In: Serviço Geológico do Brasil. Variáveis aleatórias contínuas: Distribuições e aplicações: Distribuição. Belo Horizonte: CPRM, 2007. Cap. 5, p. 127. RENARD, B.; KOCHANEK, K.; LANG, M.; GARAVAGLIA, F.; PAQUET, E.; NEPPEL, L.; NAJIB, K..; CARREAU, J.; AUBERT, Y.; BORCHI, F.; SOUBEYROUX, J.M.; JOURDAIN, S.; VEYSSEIRE, J.-M.; SAUQUET, S.; CIPRIANI, T.; AUFFRAY, A.; Data-based comparison of frequency analysis methods: A general framework. Water Resources Research, Vol. 49, p. 1-19, 2013 28