Análise do regime de vazões dos cursos d’água da bacia hidrográfica do rio Itapemirim

Resumo: 1. Introdução
A regionalização hidrológica e o emprego de modelos chuva-vazão constituem alternativas metodológicas para a descrição do comportamento da vazão de cursos d’água superficiais, apresentando-se como particularmente úteis para aqueles cursos d’água nos quais as vazões não são sistematicamente monitoradas.

Ming (2010) observa que ao longo dos anos a regionalização tem recebido aumento da atenção da comunidade de hidrólogos. Os trabalhos de González e Valdéz (2008), Dinpashoha et a. (2004), Pearson (1991), Elesbon (2004), Coser (2003) Baena (2002) e Euclydes et al. (2001) constituem exemplos da aplicação da técnica de regionalização para descrição do comportamento de diferentes fases do ciclo hidrológico.

A regionalização hidrológica constitui técnica por meio da qual é possível a transferência de informações de um local para outro dentro de uma área com comportamento hidrológico semelhante. Esta transferência de informação usualmente ocorre por meio de uma função matemática na qual a variável hidrológica regionalizada é dependente de variáveis climáticas e físicas da bacia em questão. Algumas das características físicas mais utilizadas na regionalização hidrológica são a área de drenagem, o comprimento do rio principal, a declividade da bacia, a declividade entre a nascente e a foz do rio principal e a densidade de drenagem. Estas características são também chamadas de variáveis independentes.

Para Sarhadi (2011), a identificação de regiões homogêneas é um passo fundamental na análise regional de frequência de eventos hidrológicos. Os trabalhos de Sarhadi (2011) relaciona trabalhos como os de Mosley (1981)1, Wiltshire (1985) e Acreman e Sinclair (1986) sugerem que as regiões homogêneas sejam definidas a partir de métodos de similaridade geográfica.

De modo similar, Tucci (2002) define como sendo regiões homogêneas aquelas que possuem similares condições de clima, litologia, solos, vegetação e declividade.

Segundo Tucci (2002), a melhor função regional é a equação que possibilita a melhor resposta com o emprego de menor número possível de variáveis independentes. Alguns trabalhos suprimem o emprego de determinadas variáveis independentes quando da definição das funções regionais por entenderem que a não incorporação das referidas variáveis não comprometerão a geração dos dados de vazão. Por sua vez, Catalunha (2004) observa que, dentre as características fisiográficas, a área de drenagem é aquela que tem sido mais utilizada nos estudos de regionalização por constituir uma variável facilmente apropriável e que, geralmente, apresenta boa correlação com as demais características físicas das bacias hidrográficas.

Os modelos chuva-vazão apresentam-se como alternativas metodológicas para a estimativa de vazão numa bacia hidrográfica a partir do regime de precipitações. O Método Racional e os hidrogramas unitários constituem exemplos de modelos de transformação de chuva em vazão recorrentemente empregados em Hidrologia. Estes modelos, no entanto, apresentam-se dependentes da descrição do comportamento das chuvas intensas na bacia hidrográfica de interesse.

Neste contexto, o presente trabalho pretende estabelecer expressões regionais para a determinação de diferentes funções hidrológicas (curva de permanência e curvas de probabilidade de vazões máximas e mínimas) aplicáveis à avaliação do regime de cursos d’água da bacia do rio Itapemirim, importante sistema hídrico da porção sul do estado do Espírito Santo. Adicionalmente, pretende descrever o comportamento do regime de precipitações na bacia com auxílio de equações de chuvas intensas, passo preliminar para futuras aplicações de modelos chuva-vazão, estabelecendo-se uma abordagem complementar às funções regionais objeto deste estudo.

2. Metodologia

2.1. Área de estudo
A bacia hidrográfica do rio Itapemirim tem como principal curso d’água o rio Itapemirim, com vazão média de 94.709 l/s e extensão de 135,44 km a partir da confluência de dois rios, o Braço Norte Esquerdo, com 83,28 km e o Braço Norte Direito, com 70,95 km. Sua foz se localiza no município de Itapemirim e seus principais afluentes são os Rios Castelo, Muqui do Norte, Braço Norte Direito, Fruteiras, Pardo, São João de Viçosa, Caxixe, Prata, Alegre, Pardinho, Monte Alverne, Pedra Roxa e Pedregulho. A bacia ocupa uma área de aproximadamente 5.919,5 km², abrangendo os municípios de Alegre, Atílio Vivacqua, Cachoeiro de Itapemirim, Castelo, Conceição do Castelo, Ibitirama, Jerônimo Monteiro, Marataízes, Muniz Freire, e Venda Nova do Imigrante em sua totalidade, além de abranger parcialmente os municípios de Ibatiba, Iúna, Irupi, Muqui, Itapemirim, Marataízes, Presidente Kennedy e Vargem Alta (IEMA, 2013).
A economia na região se baseia fortemente na extração e beneficiamento de mármore e granito; no entanto também encontramos indústrias alcooleiras e produção agropecuária, além de frigoríficos e cooperativas de derivados do leite.
Segundo o IEMA (2013) os conflitos existentes e potenciais resumem-se na necessidade da preservação dos rios para a obtenção de água potável frente à existência das atividades poluidoras instaladas na bacia. As precipitações na bacia são variáveis ao longo de seu curso, sendo menores na faixa litorânea, entre 1.020 e 1.240 mm anuais, ocasionando déficit hídrico na região. Na região da serra do Caparaó cujo ponto culminante atinge 2.891,98 m de altitude (Pico da Bandeira), a precipitação aumenta, atingindo 1.570 mm anuais.

2.2. Informações hidrológicas
Os registros fluviométricos e pluviométricos utilizados neste trabalho serão obtidos a partir da base de dados gerenciada pela Agência Nacional das Águas (ANA). Para a manipulação dos referidos registros será utilizado o programa computacional HIDRO, software de domínio público disponibilizado pela ANA.

2.3. Informações fisiográficas
A apropriação das características fisiográficas (área de drenagem, declividade do rio principal, comprimento do rio principal, densidade de drenagem) será realizada a partir da manipulação dos mapas disponíveis na base de dados do Sistema Integrado de Bases Geoespaciais do Estado do Espírito Santo (GEOBASES). Para extração das referidas características em ambiente computacional será utilizado o software ArcGIS.

2.4. Curvas de permanência e de probabilidade de vazões
As curvas de permanência e de probabilidade de vazões máximas e mínimas serão obtidas com auxílio do Sistema Computacional para Análise Hidrológica (SISCAH 1.0), programa de domínio público, produzido e disponibilizado pelo Grupo de Pesquisas em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Viçosa (GPRH/UFV). Para a obtenção das curvas de probabilidade serão utilizadas as distribuições probabilísticas de Gumbel, Weibull, Pearson III, Logpearson III, Lognormal II e Lognormal III, distribuições detalhadamente apresentadas e discutidas por Naghettini & Pinto (2007).

2.5. Funções regionais
Para identificação de funções regionais aplicáveis ao estabelecimento de curvas de permanência e de probabilidade de vazões máximas e mínimas serão ajustados modelos potenciais com auxílio da análise de regressão. A partir desta análise, serão estabelecidas funções matemáticas entre os valores característicos de vazão – valores obtidos das curvas de probabilidade de vazões máximas, de probabilidade de vazões mínimas e de permanência) e as diferentes características fisiográficas e climatológicas das bacias hidrográficas associadas aos diferentes postos fluviométricos considerados no presente estudo. Para a condução das análises de regressão será empregada a planilha eletrônica Microsoft Excel.

2.6. Equações de chuvas intensas
Modelos chuva-vazão constituem ferramentas por meio das quais é possível estabelecer estimativas das vazões dos cursos d’água. A aplicação destes modelos, no entanto, envolve o estabelecimento de equações de chuvas intensas.
Para a determinação de equações de chuvas intensas, etapa preliminar para a posterior aplicação de modelos chuva-vazão, serão empregados os métodos de Bell (BELL, 1969) e de Chow-Gumbel (GARCEZ, 1967) e o software Plúvio, programa desenvolvido pelo Grupo de Pesquisa em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Viçosa. Para a determinação das equações de chuvas intensas associadas aos métodos de Bell e de Chow-Gumbel será empregada a planilha eletrônica Microsoft Excel.

3. Referências
.ACREMAN, M. C.; SINCLAIR, C. D. Classification of drainage basins according to their physical characteristics; na application for flood frequency analysis in Scotland. Journal of Hydrology, v. 84, p. 365-380, 1986.

.BAENA, L. G. N. Regionalização de vazões para a bacia do rio Paraíba do Sul, a montante de Volta Redonda, a partir do modelo digital de elevação hidrologicamente consistente. Viçosa, 2002. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Viçosa.

.BELL, F.G. Generalized rainfall-duration- frequency relationships. Journal of the Hydraulics Division, Reston, v.95, n.1, p.311-27, 1969.

.CATALUNHA, M. J. Sistema integrado em rede para gestão do uso múltiplo da água e regionalização da Q7,10 para os períodos mensal, bimestral, trimestral e anual. 2004. 165 f. Tese (Doutorado) – Universidade Federal de Viçosa, Minas Gerais, 2004.

.COSER, M. C. Regionalização de vazões Q7,10 no estado do Espírito Santo. 2003. 160 f. Dissertação
(Mestrado) – Universidade Federal do Espírito Santo, ES.

.DINPASHOHA, Y. et al. Selection of variables for the purpose of regionalization of Iran’s precipitation climates using multivariate methods. Journal of Hydrology, n. 297, p. 109-123, 2004.

.ELESBON, A. A. A. Utilização de sistemas de informação geográfica na regionalização de vazões – Estudo de caso: Bacias dos rios Mucuri, Itaúnas e São Mateus. Vitória, 2004. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Espírito Santo.

.EUCLYDES, H. P. et al. Regionalização hidrológica na bacia do Alto São Francisco à montante da barragem de Três Marias, Minas Gerais. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, Porto Alegre-RS, v. 6, n. 2, p. 81-105, 2001.

.GARCEZ, L.N. Hidrologia. São Paulo: Edgard Blücher, 1967. 249p.

.GONZÁLEZ, J. & VALDÉS, J. B. A regional monthly precipitation simulation model based on an L-moment smoothed statistical regionalization approach. Journal of Hydrology, n. 348, p. 27-39, 2008.

.INSTITUTO ESTADUAL DE MEIO AMBIENTE E RECURSOS HÍDRICOS (IEMA). Disponível em < http://www.meioambiente.es.gov.br/default.asp>. Acesso em 03 jan 2013.

Data de início: 2013-05-22
Prazo (meses): 24

Participantes:

Papelordem decrescente Nome
Coordenador José Antônio Tosta dos Reis
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