As características físicas e climáticas das bacias hidrográficas são utilizadas como variáveis explicativas na regionalização hidrológica e são importantes para melhor determinar as especificidades da região estudada.
A consideração de determinadas características na regionalização dependerá do seu grau de importância na região a ser estudada, bem como se a utilização das mesmas implica ou não em modelos de regionalização mais condizentes com a realidade.
De acordo com Riggs (1990), registros de vazões, de dados climáticos e topográficos são necessários para proceder à regionalização. A confiabilidade de uma relação dependerá da vazão a ser regionalizada, da quantidade e qualidade dos dados coletados e da variabilidade da vazão na região a ser estudada.
Na obtenção das características das bacias hidrográficas é importante salientar que se deve atentar às escalas a serem utilizadas para extração das informações, uma vez que dependendo da escala utilizada os resultados podem sofrer alterações. Wang e Yin (1998) compararam os resultados obtidos da extração de características a partir de duas diferentes escalas, 1:250.000 e 1:24:000. A comparação dos parâmetros foi realizada para bacias da Virgínia Ocidental, Estados Unidos. De acordo com os autores, os resultados mostraram, claramente, que estimativas superiores são obtidas a partir da escala 1:24.000.
2.3.1 Características Físicas
Segundo Tucci (2002), deve-se considerar que as características físicas devem ser representativas dos fenômenos que se deseja representar. É essencial a utilização de características que sejam de fácil obtenção ou extração. Do contrário, as equações de regionalização fornecidas dificilmente serão aplicadas no futuro, podendo até mesmo ser inutilizadas.
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.
• Área de drenagem (A)
A área de drenagem de uma bacia hidrográfica é a área plana, ou projeção horizontal, inclusa entre seus divisores topográficos (VILLELA; MATTOS, 1975). De acordo com Eletrobrás (1985a), a experiência hidrológica tem mostrado que a área de drenagem é o fator de maior peso no cálculo da vazão média.
Diversos autores têm evidenciado que a área de drenagem é uma importante variável a ser considerada na regionalização hidrológica. Entre eles, pode-se citar: Ontario (1995), que utilizou a área de drenagem como variável explicativa na regionalização de vazões mínimas para bacias da região Central e Sudeste de Ontário, Canadá; Euclydes e Ribeiro (2002), como a única variável utilizada na regionalização de vazões médias de longo período para a bacia do Alto Purus, no Amazonas; Baena (2002), como a variável que melhor explicou o comportamento da vazão média de longo período e as vazões regularizadas do rio Paraíba do Sul; Elesbon et al. (2002), na maioria dos casos de regionalização de vazões máximas, médias e mínimas para o estado do Espírito Santo, utilizaram modelos que contemplaram apenas a área de drenagem; Andrade et al. (2004), como principal variável na regionalização da vazão média para regiões do estado do Ceará; Azevedo (2004), como uma das características que melhor explicaram o comportamento da vazão mínima de referência para a sub-bacia do rio Paranã; e Lisboa et al. (2008), como a única característica física utilizada na obtenção das equações de regionalização para o rio Paracatu.
• Comprimento do rio principal (L)
O comprimento do rio principal corresponde à extensão do curso de água que drena maior área no interior da bacia.
No estudo realizado por Baena (2002), para a regionalização das vazões médias de longo período e das vazões regularizadas no rio Paraíba do Sul, após a área de drenagem, o comprimento do rio principal foi a variável mais expressiva.
No trabalho desenvolvido por Silva et al. (2009), o comprimento do rio principal foi a característica física que melhor explicou o comportamento da vazão mínima de 7 dias com período de retorno de 10 anos (Q7,10), na bacia do rio São Francisco.
• Declividade média (Sm e SL)
A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se dá o escoamento superficial, afetando, portanto, o tempo que leva a água da chuva para concentrar-se nos leitos fluviais que constituem a rede de drenagem das bacias. A intensidade dos picos de enchente e a maior ou a menor oportunidade de infiltração e susceptibilidade para erosão dos solos dependem da rapidez com que ocorre o escoamento sobre as superfícies da bacia. A velocidade de um rio depende da declividade dos canais fluviais. Assim, quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento e bem mais pronunciados e estreitos serão os hidrogramas de enchentes (VILLELA; MATTOS, 1975). Em razão destes fatos, a declividade é mais utilizada como variável explicativa das vazões máximas.
Kobold e Brilly (1994) realizaram ajustamentos da vazão mínima utilizando a declividade do rio em conjunto com outras variáveis explicativas no estudo de regionalização em bacias hidrográficas da Eslovênia.
Rao e Srinivas (2006) utilizaram para regionalização de vazões máximas de bacias hidrográficas no estado de Indiana, Estados Unidos, a declividade média do rio principal em conjunto com outras variáveis, como a área de drenagem.
Yadav et al. (2007), apresentando características físicas e climáticas para utilizá-las como parâmetros de modelos hidrológicos, consideraram a declividade como uma das principais variáveis obtidas, além da precipitação e hidrogeologia, em um estudo envolvendo 30 bacias de drenagem do Reino Unido.
• Densidade de drenagem (Dd)
A densidade de drenagem é um bom indicador do relevo superficial e das características geológicas de uma bacia (ELETROBRÁS, 1985a).
De acordo com Garcez e Alvarez (1988), densidade de drenagem é a relação entre o comprimento total dos cursos d’água de uma bacia hidrográfica e a área total da mesma bacia, conforme a equação 2.
(2)
Este é um parâmetro de grande sensibilidade, uma vez que fornece a ligação entre os atributos de forma da bacia e os processos que agem sobre o curso d’água. É importante ressaltar que a escala das cartas topográficas tem influência na determinação na densidade de drenagem, sendo, portanto, recomendável a adoção de uma mesma escala para estudos comparativos de diferentes bacias (GOLDENFUM, 2001).
A densidade de drenagem varia inversamente com a extensão do escoamento superficial e, portanto, fornece uma indicação da eficiência de drenagem da bacia (VILLELA; MATTOS, 1975). Segundo os mesmos autores, este índice varia de 0,5 km/km², para bacias com drenagem pobre, a 3,5 ou mais, para bacias excepcionalmente bem drenadas, considerando-se a escala de 1:50.000. Outros estudos têm demonstrado que este índice varia de acordo com a escala utilizada. Freitas et al. (2002) obtiveram valores da densidade de drenagem variando entre 0,203 a 1,030 km/km² para bacias do rio São Francisco, utilizando a escala de 1:100.000; Barbosa (2002), realizando um estudo de caso para a mesma bacia do rio São Francisco, verificou que os valores do índice na escala de 1:100.000 apresentaram um aumento de 75% se comparados com os obtidos em escala 1:1.000.000; Vendruscolo e Cruz (2005) encontraram valores variando de 0,2232 a 0,6969 km/km² para bacias da parte Norte do Rio Grande do Sul, utilizando a escala de 1:250.000.
Araújo (2008) recomenda que na existência de incertezas na determinação deste parâmetro, o mesmo deve ser desconsiderado nos estudos de regionalização.
2.3.2 Características Climáticas
A precipitação influencia diretamente o comportamento da vazão de um curso d’água, tanto das vazões extremas quanto da própria vazão média de longo período, sendo uma das principais variáveis explicativas nos estudos de regionalização hidrológica (LEMOS, 2006).
Segundo Tucci (2002), é preciso verificar o tipo de precipitação que será empregada no estudo de regionalização e, geralmente, a precipitação média anual tem sido a mais utilizada. De acordo com o mesmo autor, esta variável é comumente aplicada na regionalização de vazões médias.
A precipitação média anual para um posto pluviométrico pode ser obtida extraindo- se a média das precipitações totais anuais. Esta última é obtida a partir da soma dos valores das precipitações mensais do referido ano.
Nos estudos de regionalização se faz necessário determinar a precipitação média sobre uma dada área e, para isso, podem ser utilizados diferentes métodos, como o dos polígonos de Thiessen e o das isoietas. O primeiro leva em conta a não- uniformidade da distribuição espacial da bacia, atribuindo a cada posto pluviométrico pesos proporcionais à sua área de influência. Contudo, este mesmo método desconsidera o relevo da bacia.
Villela e Mattos (1975) consideram o método das isoietas o mais preciso para avaliar a precipitação média de uma bacia.
Neste método é levada em consideração a interferência do relevo na formação das chuvas e a mobilidade do comportamento das chuvas ao longo do tempo (MENDES E CIRILO, apud ELESBON, 2004).
As isoietas mapeiam pontos de igual intensidade de precipitação em uma região, permitindo, através de interpolação, a estimativa da intensidade em locais da região sem medições pluviométricas (LANNA et al., 1983).
Para a definição das isolinhas de igual precipitação se faz necessária a aplicação de técnicas de interpolação, como a Krigagem.
A Krigagem é um método estatístico de interpolação utilizado para diversos fins, como aplicações em mapeamento geológico, hidrológico, atmosférico e outros campos relacionados. O método assume que a distância ou a direção entre diferentes pontos refletem uma correlação espacial que pode ser utilizada para explicar variações da superfície. As correlações são definidas para um determinado número de pontos ou para todos os pontos que se dispõe, obtendo-se um modelo de melhor ajuste a ser aplicado aos dados e utilizado para definição dos valores antes desconhecidos. Os métodos de Krigagem mais utilizados são a Universal e a Ordinária. A Krigagem Universal assume que há uma tendência nos dados, podendo ser, por exemplo, linear ou quadrática; já a Krigagem Ordinária, o método de utilização mais comum entre autores, não considera a existência de tendência nos dados (CHILDS, 2004).
Atkinson e Lloyd (1998) utilizaram a Krigagem Ordinária para estimar os valores de precipitação em áreas da Suíça.
Coser (2003), realizando a regionalização de vazões mínimas de 7 dias e período de retorno de 10 anos para o estado do Espírito Santo, utilizou a Krigagem Ordinária para obter isoietas e, assim, as precipitações médias de diferentes áreas. Elesbon (2004) aplicou a mesma metodologia à região Norte do Espírito Santo, nas bacias dos rios Mucuri, Itaúnas e São Mateus.
Utilizando a interpolação de pontos de precipitação média por meio da Krigagem Ordinária, Sotério et al. (2005) apresentaram um mapa de isoietas para todo o estado do Rio Grande do Sul.
Earls e Dixon (2007) obtiveram as precipitações para a região central da Flórida utilizando o método de interpolação da Krigagem Ordinária.
2.4 Utilização de Sistemas de Informações Geográficas na regionalização