Conceito e aplicações 49

No Brasil e no Estado de Minas Gerais há um grande numero de bacias hidrográficas não monitoradas, bacias sem estações fluviométricas e, em menor número, sem estações pluviométricas. A escassez de dados e/ou a pouca representatividade de algumas estações, com baixa cobertura temporal e espacial, tornam difícil a estimação de variáveis hidrológicas características para estudos e projetos de engenharia de recursos hídricos Tucci (2009).

A tentativa de superar essa dificuldade leva aos estudos hidrológicos de regionalização, que buscam transferir informações de uma bacia monitorada para outra não monitorada Tucci (2009).

Segundo Tucci (2009), a regionalização consiste em um conjunto de técnicas que exploram ao máximo as informações existentes, visando a estimativa das variáveis hidrológicas em locais sem dados ou com poucos dados. Tais ferramentas podem ser usadas para melhor explorar as amostras pontuais e, em consequência, melhorar as estimativas das variáveis; verificar a consistência das séries hidrológicas; identificar a falta de postos de observação, entre outras aplicações.

Tucci (2009) enumera ainda os dados hidrológicos passiveis de serem regionalizados:

i) Funções estatísticas de variáveis hidrológicas: curva de probabilidade de vazões máximas, médias ou mínimas; curva de probabilidade de precipitações máximas.

ii) Funções específicas que relacionam variáveis: curva de regularização, curva de infiltração, curva de permanência.

iii) Parâmetros de modelos hidrológicos: características do hidrograma unitário; parâmetros de outros modelos hidrológicos.

Independentemente de qual seja o objetivo e a informação hidrológica a ser regionalizada, alguns procedimentos básicos devem ser seguidos, como os citados por Tucci (2009). São eles: i) definição dos limites da área a ser estudada, ii) determinação das variáveis dependentes e explicativas envolvidas na regionalização, iii) seleção dos dados e cálculo de todas as variáveis, iv) elaboração das relações regionais e definição das regiões com comportamento hidrológico semelhante.

Entretanto nem sempre os modelos hidrológicos apresentam relações definidas entre as características físicas do sistema e os seus parâmetros. No caso da regionalização, onde a estimativa pode ser obtida com base em estudos de bacias hidrográficas próximas a em estudo, Tucci (2009) cita alguns critérios utilizados para isso, como a determinação de equação de regressão entre o parâmetro ou combinação de parâmetros e características físicas e climáticas das bacias.

O estudo da regionalização está quase sempre atrelado ao de regiões homogêneas. Segundo Tucci (2009), “a definição de uma região homogênea está relacionada com um determinado tipo de comportamento do sistema hídrico. Na regionalização hidrológica a homogeneidade é entendida como a semelhança na resposta das funções regionais obtidas”.

Segundo Naghettini e Pinto (2007), “uma região é homogênea se existem evidências suficientes de que as diferentes amostras do grupo possuem a mesma distribuição de frequências, a menos, é claro, do fator de escala local”. Indicam ainda que a delimitação das regiões hidrologicamente homogêneas constitui uma etapa essencial para a análise regional de variáveis hidrológicas, sendo ainda considerada a etapa mais difícil e mais sujeita a subjetividades.

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Como critérios para a identificação e divisão das regiões homogêneas, Naghettini e Pinto (2007) sugerem que se faça em duas etapas consecutivas: “a primeira, constituindo de uma delimitação preliminar baseada nas características locais, e a segunda, consistindo de um teste estatístico, construído com base somente nas estatísticas locais, cujo objetivo é o de verificação dos resultados preliminarmente obtidos”.

Esses mesmos autores identificam alguns métodos e técnicas para a separação em regiões homogêneas, sendo eles: i) métodos de acordo com a conveniência geográfica; ii) agrupamentos subjetivos; iii) agrupamentos objetivos; iv) análise de agrupamentos, ou de clusters; e v) outras técnicas, descritas a seguir,

Conveniência Geográfica: enquadrando nessa categoria todas as experiências de identificação de regiões homogêneas que se baseiam no agrupamento subjetivo e/ou conveniente dos postos de observação, de preferência contíguos, em áreas administrativas ou em zonas definidas em função de limites arbitrários.

Agrupamento Subjetivo: a delimitação das regiões homogêneas é feita por agrupamento dos postos de observação em conformidade à similaridade de características locais, como classificação climática, relevo e conformação de isoietas anuais.

No caso dos agrupamentos objetivos, regiões homogêneas são formadas a partir da reunião de postos de monitoramento em um ou mais grupos de forma que uma dada estatística local exceda ou não um valor limite, arbitrado de modo a minimizar algum critério de heterogeneidade intragrupal. Os agrupamentos iniciais podem ser subdivididos em um processo iterativo, até que um conjunto de regiões aceitavelmente homogêneas seja obtido. Segundo Naghettini e Pinto (2007) a análise de agrupamentos, ou de clusters, refere-se a um método usual de análise estatística multivariada, no qual associa-se a cada posto um vetor de dados contendo as características e/ou estatísticas locais. Em seguida, os postos são agrupados e reagrupados de forma que seja possível identificar a maior ou menor similaridade entre os seus vetores de dados.

Enfim, é possível perceber a existência de uma série de metodologias passiveis de serem aplicadas que variam conforme a área em estudo, os dados disponíveis e os objetivos a serem atingidos. Como forma de buscar um embasamento para o uso dessas metodologias, buscou- se trabalhos semelhantes a esta pesquisa de mestrado, trabalhos esses que buscam a regionalização dos parâmetros do hidrograma unitário em áreas monitoradas e a consequente aplicação dos mesmos em áreas não monitoradas.

Dentre os trabalhos consultados, destaca-se o de Hall et al. (2001), onde os autores usaram as técnicas aqui identificadas como conveniência geográfica e os agrupamentos subjetivos e objetivos, para a regionalização de nove bacias hidrográficas no sudoeste da Inglaterra. Os autores utilizaram análise de regressão linear múltipla para correlacionar os parâmetros de forma e escala do hidrograma unitário instantâneo geomorfológico às características das bacias. O desempenho dos modelos gerados foram avaliados pelo coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe (1970), obtendo excelentes resultados que variaram de 0,80 a 0,97 em sete das bacias estudadas.

Arsenault e Brissette (2014) analisaram a aplicação de três técnicas de regionalização em 268 bacias hidrográficas na província de Québec, Canadá. As técnicas empregadas foram: regressão linear múltipla, proximidade espacial e semelhança física, mais uma vez podendo serem enquadradas nos conceitos de conveniência geográfica e os agrupamentos subjetivos e objetivos anteriormente citados. Os autores indicaram como importantes resultados: i) a importância da escolha dos corretos parâmetros físicos a serem regionalizados e suas variáveis; ii) a proximidade espacial e as características físicas se saíram como as melhores escolhas para regionalização, observando-se, entretanto, que, quando uma dessas duas é combinada com análise de regressão linear múltipla, foram obtidos os melhores resultados. Tais abordagens, invariavelmente, dependem do uso de análise de regressão linear múltipla para relacionar os parâmetros do hidrograma unitário às características da bacia hidrográfica. Assim, como citado em Arsenault e Brissette (2014), nesta dissertação, “a regionalização refere-se à arte de encontrar conjuntos de parâmetros comportamentais para modelos hidrológicos em bacias não monitoradas”. Para tanto são usadas as técnicas citadas pelos autores, proximidade espacial e características físicas, em conjunto com a regressão linear múltipla para alcançar os melhores resultados.

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