5.4.1 Avaliação dos impactos dos eventos chuvosos em curto prazo
Para a análise de curto prazo foram utilizados 9 períodos (Série 1 a Série 9) com registro de eventos chuvosos e eventos atmosféricos correlatos, cada um deles com 12 dias de duração, no ano de 2015. Para as análises foram utilizados (i) os dados meteorológicos obtidos pela estação climatológica A521; (ii) os dados de campanhas mensais; (iii) os dados horários medidos pela boia SMATCH e; (iv) os resultados das simulações do modelo GLM-AED.
A Tabela 5.7 contém sintetiza as principais características dos eventos chuvosos estudados:
Tabela 5.7 – Eventos chuvosos analisados em curto prazo no ano de 2015
Datas da série correspondente Evento Precipitação total (mm) Duração (horas) Intensidade máxima horária (mm.h-1) Intensidade média do evento (mm.h-1) Vazão afluente diária média (m³.s-1) 02/02 a 14/02 1 208,4 147 19,2 1,42 12,61 15/02 a 27/02 2 116,8 104 44,0 1,12 8,14 3 19,8 28 12,2 0,71 7,41 05/03 a 17/03 4 27,0 31 16,0 0,87 4,98 5 107,6 53 19,6 2,03 22,45 28/03 a 09/04 6 23,2 51 7,2 0,45 6,36 7 16,0 33 8,2 0,48 3,91 15/04 a 27/04 8 35,8 48 13,0 0,75 14,33 04/05 a 16/05 9 60,2 39 31,0 1,54 11,00 25/07 a 06/08 10 15,2 9 14,2 1,69 6,28 03/09 a 15/09 11 34,8 94 10,2 0,37 6,29 12 20,0 10 17,0 2,00 8,57
A análise do impacto desses eventos chuvosos sobre a dinâmica física e ecológica da Lagoa da Pampulha dividiu-se em duas etapas. A primeira delas consistiu na análise das Séries 1 a 9, utilizando-se os recursos citados no início da seção. A segunda consistiu na análise de correlação, por meio do coeficiente de Spearman, entre variáveis analisadas na primeira etapa, contemplando as características dos eventos chuvosos, as alterações percebidas nas condições meteorológicas e nas das variáveis referentes à dinâmica física e ecológica do reservatório.
Para a segunda etapa, a correlação entre as características dos eventos chuvosos e as variáveis estudadas por meio do coeficiente de correlação linear de Pearson foi executada através do pacote Corrplot (Wei e Simko, 2016) no programa R (R Core Team, 2017), sendo utilizados recursos do mesmo pacote para plotar a matriz de correlação.
As variáveis utilizadas nas análises da segunda etapa são dispostas na Tabela 5.8.
Tabela 5.8 – Variáveis utilizadas nas análises de correlação para avaliação dos impactos de
eventos chuvosos em curto prazo
Evento Atmosféricas SMATCH GLM-AED
Total precipitado ∆ (Radição Ondas Curtas) ∆ (Temperatura da água) ∆ (Temperatura da Água) Duração (h) ∆ (Temperatura do
ar) ∆ (Clorofila-a) ∆ (Clorofila-a) Intensidade horária
máxima
∆ (Velocidade do
vento) ∆ (Condutividade) ∆ (Estabilidade de Schmidt) Intensidade média do
evento chuvoso
∆ (Umidade
relativa) ∆ (Lake Number)
Intensidade média nas horas de precipitação Volume entrada total Vazão entrada média
diária
As variáveis selecionadas para representar as características dos eventos chuvosos foram: Total precipitado (mm); Duração (horas); Intensidade máxima horária (mm.h-1) registrada no período; Intensidade média do evento chuvoso (mm.h-1) dada pelo total precipitado dividido pela duração do evento chuvoso; Intensidade média nas horas de precipitação (mm.h-1) dada pelo total precipitado dividido pelo número de horas com registro de precipitação; Volume de entrada total (m3) registrado no período e; Vazão de entrada média diária (m3.dia-1) dada pelo volume de entrada total de dias com precipitação dividido pelo número de dias chuvosos.
As variáveis selecionadas para representar as condições meteorológicas são listadas a seguir:
∆ (Radição Ondas Curtas): diferença entre o valor de radiação de ondas curtas média diária (kJ.m-2) no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor de radiação solar de ondas curtas média diária (kJ.m-2) registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos;
∆ (Temperatura do ar): diferença entre o valor de temperatura do ar média diária (°C) no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor de temperatura do ar média diária (°C) registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos;
∆ (Velocidade do vento): diferença entre o valor de velocidade do vento média diária (m.s-1) no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o maior valor de velocidade do vento média diária (m.s-1) registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos;
∆ (Umidade relativa): diferença entre o valor de umidade relativa do ar média diária (%) no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o maior valor de umidade relativa do ar média diária (%) registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos.
Por fim, as variáveis selecionadas para representar a dinâmica física e ecológica do reservatório são listadas a seguir:
∆ (Temperatura da Água): diferença entre o valor de temperatura da água média diária (°C) em 0,5 m de profundidade no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor de temperatura da água média diária (°C) em 0,5 m de profundidade registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos ou em um dia posterior aos mesmos;
∆ (Clorofila-a): diferença entre o valor de concentração em Chl-a média diária (µg.l-1) em 0,5 m de profundidade no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor de concentração em Chl-a média diária (µg.l-1) em 0,5 m de profundidade registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos ou em um dia posterior aos mesmos;
∆ Estabilidade de Schmidt): diferença entre o valor da Estabilidade de Schmidt média diária (J.m-2) no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor da Estabilidade de Schmidt média diária (J.m-2) registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos ou em um dia posterior aos mesmos;
∆ (Lake Number): diferença entre o valor do Lake Number médio diário no dia anterior ao início dos eventos chuvosos e o menor valor do Lake Number médio diário registrado nos dias de ocorrência dos eventos chuvosos ou em um dia posterior aos mesmos;
5.4.2 Avaliação dos impactos dos eventos chuvosos em médio prazo
De forma a complementar às avaliações de impacto dos eventos chuvosos em curto prazo, procedeu-se também à análise de médio prazo utilizando-se dados obtidos entre 2012 e 2015. A avaliação dos impactos de eventos chuvosos em médio prazo consistiu na análise de
correlação entre variáveis relacionados às características físicas, químicas e biológicas do reservatório e variáveis atmosféricas em diferentes escalas temporais.
As variáveis selecionadas para representar as características físicas, químicas e biológicas do reservatório foram a Temperatura da água (°C), Condutividade (mS.cm-1), profundidade do disco de Secchi (m), Oxigênio Dissolvido (mg.l-1), pH e concentrações de PO43-, TP, NO3-, NO2-, NH4+e Chl-a (µg. l-1). Todas as variáveis foram obtidas nas campanhas mensais entre 2012 e 2015 à profundidade de 0,5 m, com exceção da profundidade do disco de Secchi.
As variáveis atmosféricas selecionadas foram a temperatura do ar (°C), a velocidade do vento (m.s-1) e a precipitação (mm). Para cada uma delas calculou-se o somatório dos seus valores horários, considerando-se 1, 3, 5, 10, 15, 30, 60 e 90 dias antes da data de cada campanha de coleta mensal, e para cada passo de tempo foi realizada uma análise de correlação com as variáveis físicas, químicas e biológicas do reservatório descritas acima, existentes em cada campanha. As análises de correlação foram realizadas através do programa R, sendo considerado um p-valor de no máximo 5% para que fossem consideradas significativas.
De forma a complementar a análise, no início da seção foram realizados testes de correlação envolvendo somente as variáveis do reservatório sobreditas, sendo utilizados somente os valores obtidos nos dias de amostragem.
5.4.3 Cenários com variação nas condições meteorológicas
Foi experimentada a resposta do modelo a variações em parâmetros observados nas séries, como as temperaturas do ar, níveis de radiação solar incidente, nebulosidade, precipitações e vazões de entrada. Foram selecionadas a duas séries estudadas na seção 6.3 para as simulações, sendo a Série 1 (seção 6.3.1) e a Série 3 (seção 6.3.3), em razão da eficiência do modelo em fornecer os valores de temperatura da água similares aos valores horários mensurados em superfície pela boia, assim como em relação aos valores mensais amostrados em profundidade.
Para os cenários de simulação foram feitas as seguintes alterações:
Foram acrescidas e subtraídas porcentagens de 25, 50, 75 e 100 % da precipitação existente nos períodos de análise, sendo realizada a correção dos valores de vazão de entrada no reservatório valendo-se da mesma proporção de aumento ou redução. Quando a precipitação foi reduzida em 100%, foi utilizado o valor da vazão de base.
Foram acrescidas e subtraídas porcentagens de 5, 10, 15 e 20 % dos valores de temperatura do ar e radiação solar incidente, sendo a nebulosidade corrigida para cada alteração. Concomitantemente com as alterações, foram experimentados cenários com e sem a correção dos valores de temperatura da vazão de entrada.
As alterações produzidas foram mensuradas na temperatura da água em 3 profundidades, de 0,8 m, 3,5 m e 10 m, sendo avaliadas as reações ao longo do tempo. A resposta do sistema também mensurada pela alteração dos valores médios diários em dias definidos para a comparação.
Na Série 1, no quarto dia após o término dos eventos chuvosos (dia 13 de fevereiro), o reservatório demonstrou valores de temperatura da água e da Estabilidade de Schmidt similares aos existentes em dias anteriores aos eventos. Na Série 3 o reservatório se comportou de forma semelhante, sendo assim escolhido o quarto dia após os eventos em ambas as séries (dia 16 de março na Série 3) como base de comparação das diferenças ocasionadas nas simulações.
Ademais, em ambas as séries, as vazões de entrada dos eventos chuvosos estão condicionadas de forma similar. Na Série 1 as vazões de entrada referentes às precipitações ocorridas até a metade do dia 09/02 foram computadas como entrada deste mesmo dia, e não no dia 10/02. De forma análoga, as vazões de entrada da precipitação ocorrida na madrugada entre os dias 12/03 e 13/03 foram computadas como referentes às do dia 12/02. Assim, ambos os dias de análise escolhidos compreendem 4 dias após ao término das alterações atmosféricas e 5 dias após o término das alterações no volume e na temperatura das vazões afluentes.