Monitoramento da precipitação

A variabilidade espacial e temporal das precipitações foi monitorada utilizando um conjunto de cinco pluviômetros e um pluviógrafo acoplado numa estação meteorológica (Figura 5.7). Pluviômetros e pluviógrafos são coletores fixos de área conhecida que medem a quantidade de água precipitada em um determinado tempo. Os pluviógrafos registram automaticamente o volume de chuva, podendo ser programado o intervalo de obtenção de dados. Eles estão acoplados em uma fonte de energia e um data logger, que permite armazenar as informações por longos períodos, por exemplo, semanas ou meses. Os dados do pluviógrafo fornecem a discretização temporal dos eventos de chuva, o que permite a estimativa da intensidade do evento. Os pluviômetros são coletores simples sem registro automático, por isso é necessário um observador para medir o volume de água armazenado, as observações são diárias. Os pluviômetros, em geral, fornecem uma estimativa mais real do volume precipitado devido ao seu funcionamento simples. Além disso, seu baixo custo permite a instalação de um número maior de pontos de amostragem.

Figura 5.7. Estação meteorológica e pluviógrafo na bacia experimental de Arvorezinha.

Nesse estudo, o procedimento de instalação dos pluviômetros seguiu as recomendações descritas em Tucci (1993). Os pluviômetros foram posicionados na bacia para abranger toda a área e, principalmente, considerar as diferenças na altitude e relevo. Um pluviômetro foi instalado próximo da estação meteorológica (~4 m) para corrigir os valores fornecidos pelo pluviógrafo. As leituras nos pluviômetros foram realizadas diariamente. Os valores foram tabelados e foi utilizado o método do polígono de Thiessen (Tucci, 1993) para

calcular a área da bacia que cada pluviômetro representa. A precipitação diária foi obtida pela média ponderada pelas áreas dos pluviômetros.

O pluviógrafo foi programado para adquirir os dados de chuva a cada 10 minutos. O princípio de funcionamento desse equipamento é do tipo gangorra, que capta a água e alterna sua posição quando cheia, enviando um sinal elétrico. Cada sinal elétrico corresponde a um volume e a soma de sinais determina o volume de água precipitada no intervalo programado. Os dados do data logger foram transferidos para um computador portátil a cada 20 dias. Em geral, o pluviógrafo subestima o volume precipitado, e por isso, uma correção foi necessária. Os valores são de 5 a 20% menores do que o volume medido no pluviômetro instalado próximo ao pluviógrafo. A correção é feita comparando o volume entre os dois equipamentos para o mesmo período de 24 h, e a diferença calculada é distribuída igualmente nos intervalos que houve precipitação. Apesar de ter ocorrido inúmeras falhas na estação meteorológica, foi possível selecionar 72 eventos significativos de precipitação, de maio de 2002 a março de 2006, para os quais foi calculada a intensidade do evento (mm h-1). Na série dos dados do pluviômetro houve poucas falhas, o que permitiu uma boa estimativa dos volumes totais diários.

Cada evento de precipitação foi representado por três variáveis: (i) volume total precipitado Ptotal (mm); (ii) um índice de precipitação que contempla o efeito da precipitação durante os dois dias anteriores; e (iii) erosividade do evento EI30 (MJ mm ha-1 h-1). O volume total de precipitação de um evento é obtido pela soma dos valores do pluviógrafo, após ter sido corrigido pelo volume dos pluviômetros (média ponderada pelos polígonos de Thiessen). O índice de precipitação (Píndice) foi desenvolvido para incorporar o efeito da precipitação dos dois dias anteriores ao evento. Essa é uma variável que procura acrescentar uma informação adicional à variável Ptotal. A Equação 5.1 é proveniente de uma análise de regressão múltipla (programa Statistica) entre o volume total escoado do evento e a precipitação do evento e dos 2 dias anteriores ao evento medida nos pluviômetros. Os resultados da análise de regressão fornecem, além dos coeficientes da equação de regressão, os coeficientes padronizados “Beta”. Os coeficientes Beta são os coeficientes da regressão que teríamos obtido caso padronizássemos todas as variáveis para a média 0 e desvio padrão 1. Assim, a magnitude desses valores permite comparar a relativa contribuição de cada variável independente na predição da variável dependente. A partir disso, esses coeficientes foram utilizados como pesos associados aos volumes precipitados antes da ocorrência do evento.

onde P1 é a precipitação associada com o evento, P2 é a precipitação do dia anterior ao evento, e P3 a precipitação do segundo dia anterior ao evento.

A medida da erosividade da chuva EI30 (MJ mm ha-1 h-1) para os eventos representa o produto da estimativa da energia cinética total para o evento e a intensidade máxima do evento em 30 minutos, considerando os incrementos de 10 minutos. A erosividade foi estimada utilizando a equação geral proposta por Castro Filho (1982) para o estado do Paraná, a qual é baseada no método de Wilkinson para o cálculo do EI30 e utiliza os parâmetros precipitação total e intensidade máxima em 30 minutos (Wilkinson, 1975). Na ausência de informação da relação entre tamanho de gota e intensidade de chuva, essa relação fornece uma estimativa aproximada da energia da chuva. A equação utilizada foi:

EI30 = [28,814 + (10,800 + 7,896 log I30) P] I30 . 10-3 (5.2)

onde I30 (mm h-1) é a intensidade máxima em 30 minutos em intervalos de tempo com 10 minutos de incremento, e P (mm) é a precipitação total associada ao evento. A intensidade de precipitação é calculada pelo somatório da precipitação (mm) e dividido pela duração (h).

A finalidade da precipitação total, índice de precipitação e erosividade foi caracterizar os eventos medidos como variáveis independentes do manejo do solo. A série de eventos, em todo o período de monitoramento, representa uma larga faixa de volume e energia. A partir disso, foi possível analisar a resposta do escoamento superficial e da produção de sedimentos, nos dois diferentes períodos de manejo do solo, em relação a essas três variáveis. Por exemplo, se ocorre um aumento na área da bacia com práticas de conservação do solo numa bacia, presume-se que as características do escoamento superficial e da produção de sedimentos irão comportar-se diferentemente em eventos semelhantes.