ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE A PRECIPITAÇÃO REGISTRADA NOS PLUVIÔMETROS VILLE DE PARIS E MODELO DNAEE Alice Silva de Castilho 1 RESUMO - Este artigo apresenta uma análise comparativa entre os totais mensais registrados nos pluviômetros Ville de Paris e Modelo DNAEE, com o objetivo de verificar a existência de perda por evaporação no pluviômetro Ville de Paris. Os aparelhos funcionaram simultaneamente ao longo de 10 anos em uma mesma estação, localizada na região central do estado de Minas Gerais, Brasil. Através da análise realizada não foram verificadas diferenças significativas entre os valores de precipitação coletados pelos dois aparelhos. ABSTRACT - This paper presents a comparative analysis between month precipitation datas of Ville de Paris and DNAEE Model rain gauges, trying to verify evaporation loss in Ville de Paris equipament. The rain gauges had been operated for tem years in the same rainfall gauge located in Central Region of Minas Gerais State, Brazil. The analysis didn t show significant difference between the rainfall datas collect by the two equipaments. Palavras-Chave: precipitação, pluviômetro 1) Engenheira Hidróloga da CPRM Serviço Geológico do Brasil Av. Brasil, 1731, Funcionários, Belo Horizonte, Minas Gerais, CEP: 30.1402. Email: alice@bh.cprm.gov.br
INTRODUÇÃO A precipitação é definida como toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície da Terra. A disponibilidade de precipitação numa bacia é o fator predominante para quantificar, por exemplo, a necessidade de irrigação, abastecimento de água doméstico ou industrial. (Tucci et al., 1993) No Brasil a maioria absoluta da precipitação ocorre na forma de chuva, que é medida através de aparelhos chamados pluviômetros e pluviógrafos. O pluviômetro é um aparelho com uma superfície de captação horizontal e um reservatório para acumular a água recolhida ligado a essa área de captação. Há vários modelos de pluviômetros em uso no mundo, no Brasil o mais difundido é o Ville de Paris. (Barth et al., 1987) Na rede hidrometeorológica básica pertencente à ANA, são utilizados os modelos Ville de Paris e DNAEE. Ambos são de aço inoxidável, mas o modelo DNAEE foi dimensionado com duas paredes: uma externa, que fica em contato com o ar; e outra interna, que fica em contato com a água, com o objetivo de reduzir as perdas por evaporação. Entretanto a sua estrutura dificulta a manutenção. Portanto tem-se buscado adaptações no modelo DNAEE de forma a evitar a evaporação da chuva armazenada, mas ao mesmo tempo, facilitar a sua manutenção. Dentro deste contexto foram instalados os dois equipamentos em uma mesma estação climatológica, pertencente a rede hidrometeorológica nacional, e operados por mais de uma década, com o objetivo de comparar os dados registrados por cada equipamento. METODOLOGIA A análise dos dados consistiu na comparação dos totais mensais registrados nos dois equipamentos e no estabelecimento de correlação entre eles. Além disso foi calculado o desvio percentual entre os dados de precipitação: P v Pd DP = 100 (1) Pv Onde: Pv Precipitação mensal registrada no Pluviômetro Ville de Paris Pd - Precipitação mensal registrada no Pluviômetro Modelo DNAEE Estes desvios foram analisados através de figuras de dispersão com o total mensal registrado no pluviômetro Modelo DNAEE, bem como com a evaporação registrada no tanque Classe A, instalado na mesma estação. Esta última comparação teve como objetivo procurar identificar se havia alguma relação entre os dados de evaporação de superfície líquida registrados no tanque
Classe A e os desvios dos totais de precipitação registrados nos dois pluviômetros, já que as condições de exposição do tanque são semelhantes às condições de exposição dos pluviômetros. Todas as análises foram feitas com os dados de toda a série e com os dados dos períodos seco e chuvoso separadamente, buscando identificar se no período seco a suposta perda por evaporação no pluviômetro Ville de Paris era maior, já que neste período são registradas as maiores taxas de evaporação do ar. ÁREA EM ESTUDO A estação estudada, Mateus Leme, código 01944048, está localizada na região central de Minas Gerais, na Bacia Representativa de Juatuba, vide Figura 01. Esta bacia pertence a rede hidrometeorológica nacional, dista cerca de 50 km a oeste de Belo Horizonte, capital do Estado e está localizada entre os paralelos 19º50 e 20º10 de latitude sul e os meridianos 44º10 e 44º40 de longitude oeste, ocupando uma área de 443km² (CPRM, 1996). Figura 01 Localização da Bacia de Juatuba O rio Juatuba, principal rio desta bacia representativa, é afluente do rio Paraopeba pela margem esquerda, que por sua vez é afluente do rio São Francisco pela margem direita. Esta região foi escolhida pelo DNAEE como representativa do Estado de Minas Gerais pela sua formação geológica, cobertura vegetal, relevo e ocupação. Nesta bacia há uma grande concentração de estações hidrometeorológicas, com o objetivo de levantar dados para o equacionamento do balanço hídrico e extrapolá-los, com elevado grau de confiabilidade para outras áreas do Estado (DNAEE, 1986).
Na tabela 01 estão apresentadas algumas características normais da região, referente a estação Ibirité, pertencente ao INMET, com dados de 1961 a 1990, com coordenadas 20º 00 de latitude sul e 44º 01 de longitude oeste e 814,54 m de altitude. A estação climatológica Mateus Leme, 01944048, foi instalada em 1972 em uma área cedida pela Prefeitura e foi desativada em abril de 2001, por estar sofrendo constantes ações de vandalismo. Nesta estação haviam instalados os seguintes equipamentos: Termômetro de máxima e mínima, Evaporímetro de Piché, Psicrômetro, Pluviômetros Ville de Paris e Modelo DNAEE, Pluviógrafo, Tanque Evaporimétrico Classe A com tanque de reenchimento, Termômetro flutuante, Anemômetro de solo, Hidrotermógrafo, Actinógrafo, Heliógrafo, Evaporímetro, Anemômetro Elevado. Tabela 01 Normais Climatológicas da estação Ibirité do INMET 1961 a 1990 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Total Pressão Atmosférica 921,0 921,0 923,6 922,9 925,3 925,6 927,3 925,6 924,2 922,8 920,7 920,9 923,4 Precipitação 290,5 167,4 170,3 67,9 32,3 16,6 14,7 11,5 43,7 136,2 227,4 301,9 1480,4 Temperatura Média 22,6 22,9 22,5 22,4 18,0 16,9 16,5 18,4 20,5 21,7 22,0 22,1 20,5 Evaporação Piché 71,8 86,9 72,6 67,6 65,5 65,3 81,8 104,1 115,0 100,2 79,9 69,9 980,6 Umidade Relativa 78,8 77,7 77,8 77,8 78,2 77,3 73,8 68,8 67,8 71,8 76,4 79,9 75,5 Insolação 172,7 173,0 174,2 184,7 201,0 204,3 219,3 214,1 163,7 170,1 159,2 145,6 2181,9 Nebulosidade 6,2 5,8 5,6 4,4 3,7 3,3 3,0 3,0 4,4 5,8 6,1 6,4 4,8 RESULTADOS Para o desenvolvimento do trabalho foram utilizados os totais mensais de precipitação registrados nos pluviômetros Ville de Paris e modelo DNAEE no período de janeiro de 1991 a dezembro de 2000. Neste período a precipitação média anual foi de 1490mm; a evaporação média anual no tanque Classe A de 1791,1mm; a temperatura máxima média diária de 28,9ºC e a temperatura mínima média diária de 15,2ºC. Primeiramente foi feita uma análise de consistência das séries de precipitação para identificação de erros, que consistituiu na plotagem dos totais mensais registrados no pluviômetro Ville de Paris versus os registrados no modelo DNAEE. Os dados considerados duvidosos apresentaram-se fora da linha de tendência representada por uma reta. A partir desta constatação foram analisados os dados diários dos meses duvidosos, onde foram identificadas algumas diferenças, que podem ter sido causadas por ações de vandalismo; erro de anotação; erro de leitura ou torneira aberta. Assim optou-se por retirar da série os dados dos meses 08/92 e 06/93, considerados duvidosos. A série de dados utilizada neste estudo encontra-se apresentada na tabela 02.
Tabela 02 Série de dados pluviométricos mensais da estação Mateus Leme - 01944048 Data DNAEE Ville de Paris Data DNAEE Ville de Paris Data DNAEE Ville de Paris 1/1991 601,6 601,0 5/1994 93,8 91,4 9/1997 113,2 115,4 2/1991 133,2 132,6 6/1994 11,1 11,4 10/1997 74,2 74,3 3/1991 245,4 244,8 7/1994 0,4 0,3 11/1997 179,9 175,7 4/1991 73,6 73,2 8/1994 0,0 0,0 12/1997 316,5 315,8 5/1991 8,4 8,3 9/1994 10,6 10,5 1/1998 215,2 215,9 6/1991 0,4 0,4 10/1994 55,8 54,9 2/1998 202,1 201,1 7/1991 3,9 3,9 11/1994 102,1 97,2 3/1998 41,0 40,7 8/1991 0,0 0,0 12/1994 384,6-4/1998 47,0 46,5 9/1991 61,6 61,1 1/1995 174,7 168,4 5/1998 80,5 76,6 10/1991 85,2 85 2/1995 207,5 207 6/1998 2,8 2,7 11/1991 139,2 139,1 3/1995 313,3 310,9 7/1998 0,0 0,0 12/1991 329,0 329,0 4/1995 93,0 91,7 8/1998 30,4 30,3 1/1992 441,5 436,5 5/1995 25,1 24,5 9/1998 2,0 2,0 2/1992 282,7 286,4 6/1995 3,6 3,5 10/1998 124,8 124,8 3/1992 62,7 62,2 7/1995 0,0 0,0 11/1998 295,2 294,8 4/1992 58,8 58,9 8/1995 0,0 0,0 12/1998 243,0 242,4 5/1992 62,4 62,3 9/1995 96,7 96,4 1/1999 188,1 188,6 6/1992 0,9 0,4 10/1995 148,6 149,1 2/1999 104,0 104,7 7/1992 0,8 0,3 11/1995 194,0 192,0 3/1999 252,4 250,6 8/1992 20,5 12,9 12/1995 419,6 416,9 4/1999 11,2 11,3 9/1992 106,3 107,7 1/1996 208,8 202,9 5/1999 7,0 6,8 10/1992 107,7 107,4 2/1996 199,2 198,8 6/1999 4,6 4,6 11/1992 165,2 166,6 3/1996 151,6 152,0 7/1999 4,9 4,7 12/1992 577,5 577,3 4/1996 32,3 32,5 8/1999 0,0 0,0 1/1993 226,0 224,3 5/1996 16,1 15,5 9/1999 29,0 28,9 2/1993 226,5 223,3 6/1996 2,8 2,8 10/1999 56,8 55,7 3/1993 41,2 40,2 7/1996 6,0 6,0 11/1999 264,3 267,3 4/1993 97,6 96,4 8/1996 19,6 19,4 12/1999 226,9 227,6 5/1993 9,9 9,0 9/1996 73,4 73,6 1/2000 387,5 384,3 6/1993 28,4 45,4 10/1996 50,7 50,7 2/2000 188,2 187,5 7/1993 0,0 0,0 11/1996 512,9 509,6 3/2000 160,6 161,2 8/1993 14,8 10,6 12/1996 445,2 438,3 4/2000 66,0 66,2 9/1993 70,6 71,0 1/1997 455,8 452,7 5/2000 0,8 0,8 10/1993 118,1 117,4 2/1997 95,4 93,9 6/2000 0,0 0,0 11/1993 175,4 175,4 3/1997 188,0 187,5 7/2000 8,9-12/1993 241,4 243,3 4/1997 119,5 117,9 8/2000 30,9 30,3 1/1994 359,0 357,7 5/1997 43,3 42,7 9/2000 53,6 53,7 2/1994 24,1 24,2 6/1997 45,5 45,1 10/2000 36,0 36,0 3/1994 405,5 409,8 7/1997 8,0 7,7 11/2000 365,9 367,6 4/1994 20,0 18,0 8/1997 2,7 2,7 12/2000 297,2 297,5 Após a retirada dos dados duvidosos da série foram ajustadas equações de regressão dos totais mensais registrados nos dois equipamentos utilizando a série completa, os dados do período seco e do período chuvoso separadamente. A tabela 03 apresenta as equações de regressão, coeficiente de determinação das séries de dados mensais registrados pelos dois equipamentos, bem como os desvios máximo, médio e mínimo encontrados.
Tabela 03 Resultados da análise comparativa Série Equação de regressão R² Desvio (%) Máximo Médio Mínimo Completa Pd = 1,0020 Pv + 0,4206 0,9998 2,6-0,6-5,1 Período Seco Pd = 0,9987 Pv + 0,5280 0,9983 2,6-0,7-5,1 Período Chuvoso Pd = 1,0023 Pv + 0,3467 0,9998 1,3-0,5-5,0 As figuras 02, 03 e 04 apresentam os valores mensais de precipitação registrados através do pluviômetro Ville de Paris versus Modelo DNAEE para toda a série, período seco e chuvoso respectivamente, já as figuras 05, 06 e 07 apresentam os desvios para os mesmos períodos. Através dos resultados apresentados na tabela 03 e nas figuras 02, 03 e 04 verifica-se uma forte correlação entre os valores precipitação registrados nos dois aparelhos, o que era esperado já que estão registrando a mesma variável hidrológica e estão localizados na mesma estação. Analisando as equações de regressão dos três tipos de séries apresentadas na tabela 03, verifica-se que o termo independente varia de 0,3467 a 0,5280, já o termo dependente varia entre 0,9987 a 1,0023, ou seja o termo independente é próximo de 0,5 e o dependente de 1,0. Isto significa que, em média, em termos absolutos, a diferença entre os totais mensais registrados no pluviômetro modelo DNAEE e o Ville de Paris, na estação Mateus Leme, é de 0,5mm, ou seja, não é uma diferença significativa, se compararmos com os totais mensais normalmente registrados na estação, mesmo no período seco. Analisando a figura 05 verifica-se que no período de 1994 a 1998 foi registrado um número maior de desvio negativos. Já nos anos de 1991 a 1993 e 1999 a 2000 a quantidade de desvios negativos e positivos registrada foi semelhante. Não foi identificada a causa de tal comportamento. Ressalta-se que os totais anuais registrados em 1994 e 1998 são menores do que a média no período de 1991 a 2000 e nos anos de 1995 a 1997 foram maiores do que a média. Portanto a existência de um grande número de desvios negativos não está ligada a períodos de anos mais secos ou chuvosos. Analisando as figuras 06 e 07 verifica-se que não há nenhuma tendência nos desvios tanto para o período seco quanto para o período chuvoso. Analisando toda a série verificou-se, 124 desvios negativos, 107 positivos e 24 iguais a zero.
Figura 02 - Correlação entre a precipitação registrada nos pluviômetros Modelo DNAEE e Ville de Paris - toda a série 700 600 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Precipitação registrada no Pluviômetro Ville de Paris (mm) Figura 03 - Correlação entre a precipitação registrada nos pluviômetros Modelo DNAEE e Ville de Paris - período seco 140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Precipitação registrada no Pluviômetro Ville de Paris (mm) Figura 04 - Correlação entre a precipitação registrada nos pluviômetros Modelo DNAEE e Ville de Paris - período chuvoso 700 600 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 Precipitação registrada no Pluviômetro Ville de Paris (mm)
Figura 05 - Análise de desvios em relação a precipitação registrada no pluviômetro Modelo DNAEE - toda a série 4.0 3.0 Desvio (%) 601.6 8.4 61.6441.562.4106.3 226 9.9 70.6 359 93.810.6174.725.196.7208.816.1 73.4455.843.3113.2215.2 80.5 2 188.1 7 29 387.5 0.8 53.6 Figura 06 - Análise de desvios em relação a precipitação registrada no pluviômetro Modelo DNAEE - período seco 4.0 3.0 Desvio (%) 0 20 40 60 80 100 120 140 Figura 07 - Análise de desvios em relação a precipitação registrada no pluviômetro Modelo DNAEE - período chuvoso 0 100 200 300 400 500 600 700 Desvio (%)
Figura 08 - Análise de desvios em relação a evaporação registrada no tanque Classe A - toda a série 4.0 3.0 Desvios (mm) 100.92 146.07 113.35 125.38 285001 86.840014 174.23001 95.299999 248.52001 149.85001 119.03186.4 176.68 97.099998 173 190.14 100.12 138.96 227.42 98.439999 207.02 229.12 101.78 184.68 172.22115.7 165 196.91118.2132.76 Evaporação no Tanque Classe A (mm) Figura 09 - Análise de desvios em relação a evaporação registrada no tanque Classe A - período seco 4.0 3.0 Desvios (mm) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Evaporação no Tanque Classe A (mm) Figura 10 - Análise de desvios em relação a evaporação registrada no tanque Classe A - período chuvoso 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Desvios (mm) Evaporação no Tanque Classe A (mm)
O menor desvio encontrado foi de 5,1% e o maior 2,6% e o médio de 0,7% no período seco. Se estes resultados forem analisados em termos absolutos, verifica-se que estas diferenças não são significativas. Por exemplo: se o total mensal da estação for 10mm registrado no pluviômetro Ville de Paris, a variação no pluviômetro Modelo DNAEE estaria compreendida entre 9,7 a 10,5mm. Foi feita ainda uma análise dos desvios em relação à evaporação registrada no tanque Classe A, buscando identificar se as diferenças entre os dados de precipitação eram maiores no período de maior evaporação. As figuras 08, 09 e 10 apresentam a evaporação mensal do tanque Classe A versus os desvios. Não foi verificada nenhuma tendência nos desvios em relação à evaporação no tanque Classe A, tanto no período seco quanto no período chuvoso. Ou seja, não foi verificada nenhuma relação entre desvios negativos e altas taxas de evaporação, o que significaria que quanto maior a evaporação maior seria a diferença entre a precipitação registradas nos aparelhos. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Através da análise dos dados pluviométricos da estação Mateus Leme, próxima a Região Metropolitana de Belo Horizonte, verificou-se que os totais mensais registrados no pluviômetro DNAEE são ligeiramente maiores do que os do pluviômetro Ville de Paris, em termos médios, 0,3 mm no período chuvoso e 0,5 mm no período seco, confirmando assim a perda por evaporação do pluviômetro Ville de Paris, que motivou a criação do pluviômetro Modelo DNAEE. Entretanto esta diferença não é significativa. Ressalta-se que o período analisado foi de apenas 10 anos, porém com total anual médio de precipitação semelhante ao da estação Ibirité no período de 1961 a 1990 (Tabela 01). A substituição do modelo Ville de Paris pelo modelo DNAEE não se justifica baseada na hipótese de evaporação. É importante ressaltar que a capacidade de armazenamento do modelo DNAEE é maior do que o Ville de Paris, o que em algumas regiões, justifica a sua instalação. Por fim sugere-se que sejam despendidos mais esforços no sentido de adaptar o modelo DNAEE para melhorar as condições de manutenção do equipamento, bem como sejam analisadas as diferenças entre os valores registrados pelos dois equipamentos em outras regiões do Brasil. A automatização da aquisição de dados é uma das etapas para a modernização da rede hidrometeorológica básica, entretanto isto envolve recursos financeiros e maior agilidade da operação para a correção de problemas. Portanto a utilização de equipamentos de aquisição automática em toda a rede demandará tempo, e talvez, não seja economicamente viável.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Barth F.T. et al.. Modelos para Gerenciamento de Recursos Hídricos. São Paulo, 1987. CPRM. Programa de Avaliação de Recursos Hídricos Rede Hidrometeorológica e Caracterização Física da Bacia do Alto São Francisco Sub-bacia 40 Fase 1. Belo Horizonte, 1996 DNAEE. Bacia Representativa de Juatuba, série E-03. Brasília, 1986. INMET. Normais Climatológicas, 1960 a 1990. Tucci, C.E.M. et al. Hidrologia Ciência e Aplicação. Porto Alegre, 1993.