REGIONALIZAÇÃO DE VAZÕES

1. REGIONALIZAÇÃO DE VAZÕES Benedito C. Silva adaptado de Prof. Carlos E. M. Tucci / Walter Collischonn

2. Motivação • Medir vazões é um procedimento relativamente caro. • Existem poucos postos fluviométricos com dados. • Normalmente não existem dados de vazão exatamente no local necessário. • Assim, muitas vezes é necessário estimar valores a partir de informações de postos fluviométricos próximos. • A este procedimento, quando realizado de forma cuidadosa e detalhada dá se o nome de regionalização hidrológica.

3. Objetivo da regionalização • Gerar informação de vazão em locais sem dados. Q=?

4. Objetivo da regionalização • Criar funções que relacionam vazão com variáveis mais fáceis de estimar: • Área da bacia • Precipitação média na bacia • Declividade do rio principal • Densidade de drenagem • Fração da área da bacia com litologia A, B ou C. Exemplo:

5. Objetivo da regionalização • Equações de regionalização para: • Vazão média • Vazões mínimas (Q7,10) • Vazões da curva de permanência (Q50; Q90; Q95) • Vazões máximas (QTR=100 anos)

6. Estimativa preliminar: relação de áreas de drenagem Rio C Local de interesse • A forma mais simples de regionalização hidrológica é o estabelecimento de uma relação linear entre vazão e área de drenagem da bacia. Local de medição Rio A Rio B

7. Suponha que é necessário estimar a vazão média em um local sem dados localizado no rio Camaquã, denominado ponto A. • A área de drenagem no ponto A é de 1700 km2. • Dados de um posto fluviométrico localizado no mesmo rio, no ponto B, cuja área de drenagem é de 1000 km2 indicam uma vazão média de 20 m3.s-1. • A vazão média no ponto A pode ser estimada por:

8. Relação de áreas • para vazão média • para vazão máxima média • para vazões da curva de permanência

9. Vazão específica • É útil, quando se usa a relação de áreas, calcular a vazão específica de uma região: ou Unidades:

10. Vazões específicas

11. Limitações • Obviamente, o método baseado na relação de áreas ou na vazão específica tem muitas limitações e não pode ser usado quando a bacia for muito heterogênea quanto às características de relevo, clima, solo e geologia. • Baseado em relação linear com a área da bacia • Usa a área da bacia como a única variável necessária para definir a vazão. • Para estimar vazões máximas em locais sem dados este método tende a superestimar as vazões, quando a área de drenagem do ponto sem dados é maior do que a área de drenagem do ponto com dados.

12. Regionalização de vazões médias • Normalmente uma função como a seguinte aproxima bem a relação entre a área da bacia (A) e a vazão média (Q): a e b devem ser obtidos a partir de dados de postos fluviométricos em uma região homogênea

13. Região homogênea • Mesmas características de: • clima; • Litologia; • Solos; • Vegetação; • Declividade • Etc...

14. Exemplo: • No Alto Uruguai (Tucci, 1998) foi definida a equação: para a vazãomédia de um rioem um local com área A Q em m3/s A emkm2

15. Inclusão de outras variáveis • Área de drenagem • Precipitaçãomédiaanual • Fração da bacia com florestas • Fração da bacia com determinadotipo de solos • Fração da baciaemqueexistemcertasformaçõesgeológicas • Declividade

16. Tipos de equações

17. Regiões homogêneas

18. Exemplo: variáveis usadas rio Doce • A: Área de drenagem • L: comprimento do talvegue • Dd: densidade de drenagem • PTS: precipitação trimestre mais seco • PSS prec semestre mais seco • PA: prec total anual

20. Limites para a Regionalização • Não é possível aplicar quando existe influência de: • barramentos • significativas retiradas de água • desvios

21. Seleção e análise de dados • Dados Descritivos: orientam o leitor sobre as principais características da região; • Dados Físicos: escalas, variáveis físicas; • Dados Hidrológicos: precipitação, vazão e dados fluviométricos relacionados; • Análise dos dados para regionalização.

22. Variáveis físicas • Área de drenagem: técnicas de geoprocessamento; • comprimento do rio: o rio principal é sempre o que drena a maior área. A sua medida esta relacionada sempre com a escala do mapa utilizado; • declividade média do rio: declividade média,

23. Variáveis físicas • Densidade de drenagem: é o somatório do comprimento dos rios dividido pela área da bacia

24. Relações entre variáveis: área e comprimento do rio

25. Se for utilizada a precipitação... • Selecione os postos com pelo menos 10 anos de dados • localize geograficamente os postos; • selecione também postos da vizinhança da região para permitir concordância entre isoietas; • preenchimento de falhas; • análise de consistência com dupla massa.

26. Disponibilidade de dados no tempo Use Ferramenta Manejo de dados

27. Fluviometria • Lista preliminar dos postos: com base no inventário; • seleção preliminar: cinco anos com dados completos de vazão (depende do uso) • verificação dos dados selecionados: curva de descarga, características do leito, trecho de transbordamento e extrapolação e número de ponto de definição da curva. • Análise de consistência: continuidade: mínima, média e máxima; coeficiente de escoamento

28. Classificação dos Postos Análise e nota para os postos: extrapolação superior e inferior, estabilidade da seção e número de medições. O uso de nota tem objetivo auxiliar a sintetizar resultados

29. Notas para os postos fluviométricos

30. Regionalização de Vazões médias • A vazão média representa a capacidade máxima da disponibilidade hídrica de uma bacia; • a média das médias é chamada vazão média de longo período; • indicador da variabilidade climática de longo período

32. Regionalização da vazão média • Selecione as vazões médias anuais de cada posto • Determine a vazão média de longo período para cada posto • Determine as vazões adimensionais de cada ano de cada posto

33. Regionalização da vazão média 5. Considere que as vazões médias anuais seguem uma distribuição do tipo Gumbel e verifique a tendência de cada um dos postos. • Ordene os dados em ordem decrescente • Estime o tempo de retorno de cada valor anual por: • e calcule a variável reduzida y para cada valor:

34. Regionalização da vazão média 5. Considere que as vazões médias anuais seguem uma distribuição do tipo Gumbel e verifique a tendência de cada um dos postos.

35. Regionalização da vazão média 5. Considere que as vazões médias anuais seguem uma distribuição do tipo Gumbel e verifique a tendência de cada um dos postos.

36. Regionalização da vazão média 6. Defina quais os postos pertencem a uma mesma região homogênea, com base na semelhança entre as curvas Região A Região B Região C

37. Regionalização da vazão média 7. Para os postos de cada região homogênea defina a equação de ajuste. Por exemplo:

38. Exemplo Qm = 0,024. A R2 = 0,99 • Alto Uruguai No gráfico y = 3 ~ 20 anos Q/Qm = 1,7 Q20 anos= 1,7 x 0,024 x A para A = 1000 Q20 anos = 40,8 m3/s esta vazão média tem 5% de ser superada num ano qualquer

39. Vazões Máximas • limites dos leitos de inundação

40. Séries de vazões • Amostras representativa; valores independentes, série homogênea 1. Selecione para cada ano a vazão máxima dentro ano hidrológico (inicia no período chuvoso): outubro a setembro (SUDESTE), maio - abril (SUL); 2. Verifique nos anos de falha se o período com falha é o período chuvoso 3. O valor instantâneo e máximo de dois valores

41. Séries de vazões • Período comum: homogeneidade de séries • vantagens = melhor definição da probabilidade; • desvantagem = perda de períodos de séries longas

42. Metodologia 1. Determine as curvas de probabilidades individuais; 2. Adimensionalize os valores com base na média; 3. Determine uma curva adimensional geral e uma equação de regressão geral; 4. Verifique regiões homogêneas 5. Defina as curvas adimensionais e a equação de regressão por região

43. Curva adimensional • Determinação da curva individual por ajuste de uma distribuição ou por empírica; • curva regional é determinada também por ajuste de uma distribuição ou por ajuste gráfico de todos os valores ou pela média de valores de intervalos. • Para cada intervalo de y (p.exemplo entre 2 e 2,5; 2,5 e 3,0 ...) determine o valor médio de Q/Qmc. Ajuste os valores resultantes graficamente

44. Equação de regressão 1.Seleção das variáveis 2. Regressão com parcimônia 3. Exemplo: Rio Uruguai É utilizada a média das vazões máximas de cada posto

45. Estimativa QT – vazão máxima para o tempo de retorno T Qmc – vazão média de cheia

46. Exemplo Itajaí • bacia com 2.000 km2, Região II Qmc=1,48A0,766 = 1,48 (2.000)0,766 = 500 m3/s Q50 = Q50/Qmc.Qmc = 2,35x500=1.175 m3/s

47. Vazão máxima instantânea • As equações da literatura relacionam valores médios diários com o instantâneo e a área da bacia; • a área da bacia não é o fator fundamental, mas o tempo de pico dos hidrogramas. • Equação com dados do Sul do Brasil; • modelo hidrológico

48. Importante para bacias menores que 2.000 km2 • Exemplo: bacia com área de 1000 km2 • Qmi = 1,273 . Qmd • Para bacias com tempo de pico > 7 horas ou tempo de concentração maior que 12 horas o coeficiente é inferior a 1,1

49. Vazões mínimas • Menores valores de vazão com uma determinada duração

50. Séries de vazões mínimas • Selecionar entre períodos úmidos • não abandonar ano com falhas, verifique o período da falha; • durações mais freqüentes 1, 3, 7, 15, 30, 60, 90, 180 dias