UNIVERSIDADE CATÓLICA DE BRASÍLIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO STRICTO SENSU
EM PLANEJAMENTO E GESTÃO AMBIENTAL
Danilo Antonio Menezes Mota
ANÁLISE DO EFEITO DA AGRICULTURA
IRRIGADA E DAS CONCENTRAÇÕES
URBANAS NAS CHUVAS INTENSAS:
ESTUDO DE CASO DA BACIA DO RIO
PARACATU-MG
DANILO ANTÔNIO MENEZES MOTA
ANÁLISE DO EFEITO DA AGRICULTURA
IRRIGADA E DAS CONCENTRAÇÕES
URBANAS NAS CHUVAS INTENSAS:
ESTUDO DE CASO DA BACIA DO RIO
PARACATU-MG
Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação Stricto Sensu em
Planejamento e Gestão Ambiental da Universidade Católica de Brasília para obtenção do Grau de Mestre.
Orientador: Prof. Ph.D. Flávio G. Albuquerque
Ficha elaborada pela Divisão de Processamento do Acervo do SIBI – UCB. M917a Mota, Danilo Antonio Menezes.
Análise do efeito da agricultura irrigada e das concentrações urbanas nas chuvas intensas : estudo de caso da Bacia do Rio Paracatu-MG. / Danilo Antonio Menezes Mota. – Brasília, 2003. 167 f.: il.
Orientador: Flávio G. Albuquerque.
Dissertação (mestrado) – Universidade Católica de Brasília, 2003.
1. Hidrologia – Minas Gerais. 2. Clima – Minas Gerais. 3. Chuvas – Minas Gerais. 4. Irrigação agrícola – Minas Gerais. 5. Água na agricultura – Minas Gerais. I. Albuquerque, Flávio G., orient. II. Título.
Termo de Aprovação
Dissertação defendida e aprovada com requisito parcial para obtenção do grau de Mestre no Programa de Planejamento e Gestão Ambiental, defendida e aprovada em 16 de Outubro de 2003, pela banca examinadora constituída por:
Prof. Ph.D. Flávio Albuquerque - Orientador
Prof. Ph.D.
Ao meu pai, João Mota da Silva
AGRADECIMENTOS
Tenho muito e a muitos que agradecer. Á minha família: mãe, pai (in memorian), irmãos pelo exemplo de luta, honestidade e determinação.
à minha esposa, Tina, e filhas, Tainá e Maria Clara, pelo apoio, paciência, amor e carinho.
ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Planejamento e Gestão Ambiental da Universidade Católica de Brasília, aqui na pessoa do Prof. Dr. Antônio José da Rocha (mineiro de Dom Silvério), pela oportunidade. Aos senhores e senhoras o meu reconhecimento, meus respeitos e a minha consideração.
ao meu orientador Prof. Ph.D. Flávio Albuquerque, que compreendendo a imensidão e a vastidão do tema me auxiliou no caminhar e me ajudou no caminho sem nunca, jamais, desistir do objetivo.
“A irrigação transformou a paisagem do cerrado de Paracatu. Venha conhecer!”
Resumo
Abstract
SUMÁRIO
Descrição Página
Resumo ... 6
Abstract ... 7
1. INTRODUÇÃO ... 13
2. OBJETIVOS E PROPOSIÇÕES ... 23
3. BASE CONCEITUAL ... 27
3.1 – A água no ambiente afetado pelo homem ... 37
4. CARACTERIZAÇÃO AMBIENTAL e CLIMÁTICA da BACIA 47 4.1 – Síntese climática da bacia ... 47
5. METODOLOGIA ... 59
5.1 – Processo de traçado de chuvas intensas 68 6. RESULTADOS ... 79
6.1 – Cálculo das curvas IDF individuais ... 79
6.2 – IDF regional e Intervalo de Confiança ... 83
6.3 – Diferenças entre precipitações urbanas e rurais 86 7. CONCLUSÃO ... 95
7.1 – Imagens de Satélites e Gráficos das Estações 102 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 119
LISTA DE FIGURAS
NÚMERO DESCRIÇÃO PÁGINA
Figura 1 Relação entre Taxa de Infiltração no Solo versus Tempo de Precipitação 19
Figura 2 Relação entre Infiltração no Solo e Intensidade da Chuva 20
Figura 3 Placa exaltando a Irrigação no Cerrado em Paracatu-MG 25
Figura 4 Evolução do Uso dos Recursos Hídricos 26
Figura 5 Evolução da Ação Antrópica 28
Figura 6 Ciclo Hidrológico 29
Figura 7 Sistematização do Processo de Modificações Ambientais 31
Figura 8 Esquematização da Formação de Chuvas Convectivas 41
Figura 9 Curva de Redução da Altura Pluviométrica em Função da Área 61
Figura 10 Relações de Alturas Pluviométricas para Chuva de duração 1440 minutos 66
Figura 11 Relações de Alturas Pluviométricas para Chuva de duração 60 minutos 66
Figura 12 Relações de Alturas Pluviométricas para Chuva de duração 30 minutos 67
Figura 13 Síntese Metodológica para Obtenção das Chuvas Intensas e Análises 70
Figura 14 Isozonas do Brasil – Segundo Jaime Taborga 72
Figura 15 Chuva Esperada – Estação Ponte da BR 040 – rio da Prata 75
Figura 16 Exemplo do Ajuste de Gumbel para a estação ponte BR 040 – r. da Prata 82
Figura 17 Ajuste de Probabilidade TR=5 Anos, duração= 24 horas – Média Regional 83
Figura 18 IDF’s Isozona A, Intervalo de Confiança de 95 % 84
Figura 19 IDF’s Isozona B, Intervalo de Confiança de 95 % 84
Figura 20 IDF’s Isozonas C e D, Intervalo de Confiança de 95 % 85
Figura 21 IDF’s Média Geral, Intervalo de Confiança de 95 % 85
Figura 22 Curva de Intensidades de Precipitação – Média Urbana 88
Figura 23 Curva de Intensidades de Precipitação – Média Rural 88
Figura 24 Curva Altura Pluviométrica – Média Urbana 89
Figura 25 Curva Altura Pluviométrica – Média Rural 89
Figura 26 Gráfico altura Pluviométrica versus Tempo de Recorrência 90
Figura 27 IDF’s Média Regional – Intervalo de Confiança de 95% 91
Figura 28 IDF’s Isozona A – Intervalo de Confiança de 95% 92
Figura 29 IDF’s Isozona B – Intervalo de Confiança de 95% 93
Figura 30 IDF’s Isozonas C e D – Intervalo de Confiança de 95% 94
LISTA DE TABELAS
LISTA DE MAPAS
NÚMERO DESCRIÇÃO PÁGINA
Mapa 1 UCB – 01 Rede Hidrométrica utilizada nos estudos 46
Mapa 2 UCB – 04 Bacia do rio Paracatu 50
Mapa 3 UCB – 05 Divisão Política da bacia do rio Paracatu 51
Mapa 4 UCB – 02 Isotermas 52
Mapa 5 UCB – 06 Sub-Bacias 53
Mapa 6 UCB – 013 Uso do Solo 54
Mapa 7 UCB – 07 Risco Potencial de Degradação 55
Mapa 8 UCB – 010 Unidades Geoambientais 56
Mapa 9 UCB – 08 Mapa Hipsométrico 57
Mapa 10 UCB – 011 Caracterização Climática 58
Mapa 11 UCB – 012 Isozonas de Igual Relação P24 horas / P1 h 78
LISTA DE QUADROS
ANEXOS
NÚMERO DESCRIÇÃO PÁGINA
Anexo 1 O Método Racional – Dimensionamento Hidráulico – Breve Relato 124
Anexo 2 Estudos Climáticos da Bacia do rio Paracatu 126
A.2.1 Gênese do Clima 126
A.2.2 Temperatura 127
A.2.3 Outros Meteoros 135
Anexo 3 Exemplo de Cálculo do Ajuste de Gumbel
A.1 Exemplo: Obtenção da Chuva Máxima 146
A.2 Cálculo da Desagregação de Chuvas – Exemplo 147
A.3 Chuva Máxima Desagregada – Exemplo 148
A.4 Gráfico de Ajuste de Gumbel – Exemplo 149
Exemplo: Resultados do programa Alea 1.0
A.5 Cálculo da Chuva Extrema 150
A.6 Tratamento Estatístico 151
Anexo 4 Normais Climatológicas – Estação Paracatu – 1931-1960 e 1961 - 1990
A.7 Evaporação 152
A.8 Umidade Relativa do Ar 153
A.9 Insolação Total 154
A.10 Nebulosidade 155
A.11 Precipitação Mensal 156
A.12 Pressão Atmosférica 157
A.13 Temperatura Média 158
A.14 Temperatura Máxima 159
A.15 Temperatura Mínima 160
Anexo 5 Comparativo: Altura Pluviométrica versus Duração – TR = 5 Anos
A.16 Média Geral 161
A.17 Isozona A 161
A.18 Isozona B 162
A.19 Isozonas C e D 162
A.20 Gráfico Estações – I.C.=90% Média Geral 163
A.21 Gráfico Estações – I.C.=90% Isozona A 163
A.22 Gráfico Estações – I.C.=90% Isozona B 164
A.23 Gráfico Estações – I.C.=90% Isozona C e D 164
Anexo 6 Dados Pluviométricos de 1 dia – ANA Agência Nacional de Águas
1. INTRODUÇÃO:
“Se 40% da água necessária para produzir uma dieta aceitável para os 2,4 bilhões de pessoas que se estima que sejam acrescidos à população mundial nos próximos trinta anos tiver de vir da irrigação, a oferta de água para a agricultura terá de ser expandida para mais de 1.750 quilômetros cúbicos por ano – o equivalente a aproximadamente 20 rios Nilo, ou 97 rios Colorado. Não está muito claro de onde virá toda essa água.”
Postel, Sandra. Running dry: Escalating consumption is threatening to outplace water supply. [Perigo da seca: O aumento do consumo ameaça superar o suprimento de água] UNESCO Courier, Maio de 1993.
Adam Smith, há muito anos, salientou que a água, que é imprescindível para a vida, não custa nada, enquanto que os diamantes, totalmente inúteis à vida, custam uma fortuna. Hoje afirmarmos: além de não ter custado nada – literalmente, até bem pouco tempo, para obtê-la – também, muito pouco custou aos nossos bolsos (individualmente) poluí-la. Fomos além, nossa ação de ocupação do espaço territorial impôs fragorosa derrota ao meio ambiente. Se hoje, a cobrança pelo uso e consumo da água é ponto certo, muito embora nem um pouco pacífico, a gestão e o planejamento ambiental se tornam os meios e recursos mais importantes para proteger a Terra e atmosfera integradamente.
A Lei 6.938/81 (e a Lei 7.804/89, alteração desta) que dispõem sobre a política nacional do meio ambiente explicaram-nos os seguintes conceitos:
• Recursos ambientais: a atmosfera, as águas interiores, superficiais e
subterrâneas, os estuários, o mar territorial, o solo, o subsolo, os elementos da biosfera, a fauna e a flora;
• Degradação da Qualidade Ambiental: a alteração adversa das
características do meio ambiente;
• A saúde, a segurança e o bem-estar da população; • As atividades sociais e econômicas;
• A biota;
• As condições estéticas e sanitárias do meio ambiente; • A qualidade dos recursos ambientais;
A norma legal é tão abrangente quanto de difícil perfeita caracterização dos termos. “Afetam diretamente ou indiretamente ...”. Atitude nossa hoje, no presente, e de forma continuada ou não, mesmo que não progressiva, pode afetar o meio ambiente diretamente mas, a longo prazo. Em tempo distante. Em futuro remoto.
Assim, urge necessário planejamento e gestão dos recursos hídricos de forma perfeitamente integrada com o uso do solo, quereremos crer. Pelas próprias características do ciclo hidrológico, suas interdependências e os ambientes passivos e ativos, não há como proteger os recursos hídricos a partir da própria água, do curso d’água e de faixa de proteção marginal. É necessário ir mais além. Estamos nos referindo às zonas de recarga dos aqüíferos, ao combate às erosões, à cobertura vegetal e seu tipo e densidade. E repare-se que não trataremos de qualidade das águas, mas sim, de quantidade.
A unidade do ciclo hidrológico deverá ser sempre levada em consideração pelo legislador e pelo gestor público, quando houver que tratar das águas em qualquer de suas fases ou estado. Sem isso, o que se observa é a edição de normas estanques dispondo sobre as águas superficiais e subterrâneas e gestão compartimentada, tecnicista e não sistêmica. Isto desfavorece amplamente a proteção dos recursos hídricos.
Há que se discutir muita coisa ainda. Vamos exemplificar: causa-nos estranheza e apreensão o tratamento dado às águas pluviais no Código das Águas. A Lei 9.433/ 97 não tratou de forma explícita das águas pluviais como tratou das águas subterrâneas. Muito embora aquelas estejam totalmente associadas à estas.
“Art. 102 – Consideram-se águas pluviais as que procedem imediatamente das chuvas.”
“Art. 103 – As águas pluviais pertencem ao dono do prédio onde caírem diretamente, podendo o mesmo dispor delas à vontade ...”
“Art. 107 – São de domínio público de uso comum as águas pluviais que caírem em lugares ou terrenos públicos de uso comum.”
O referido Código dividiu o direito de propriedade das águas pluviais, conforme o lugar em que essas caírem e conforme o curso que a natureza ditar para essas águas. Se as águas das chuvas caírem em terreno privado, ao seu proprietário pertencerão. Se caírem em terrenos públicos, todos poderão ir “apanhar” as águas pluviais. Então, à rigor, toda água de chuva que cai numa propriedade rural é de seu dono. Se não está estabelecido na lei a privatização dos reservatórios e dos cursos d’`água, das águas de chuvas sim. Mas, o escoamento e a recarga dos aqüíferos são fundamentos do processo. E então?
O presente trabalho pretende contribuir para tanto. Baseia-se na hipótese, por nós construída, da interferência do homem no meio ambiente interferir no ciclo hidrológico. Não na quantidade média de precipitação, mas na sua distribuição no tempo e no espaço.
A água disponível na Terra é a mesma desde os últimos 2 bilhões de anos. O que tínhamos em quantidade total nas eras geológicas, continuamos tendo. A água pode ser poluída, maltratada e mal utilizada, mas não criada nem destruída. Ela, no máximo, migra. Não existe evidência que o vapor d’água escape para o espaço. A água existe num sistema fechado chamado hidrosfera. Esse sistema é tão intrincado, complexo, interdependente, interpenetrado e incrivelmente constante – na sua quantidade no mundo – que parece construído de propósito para regular a vida.
água em toda e qualquer escala, como sendo o “uso pela necessidade pura”. Ou seja, é necessário e pronto! Todavia, a “necessidade” de água do homem depende de definições. A já atual crise de água, embora real, de alguma forma é um problema de gerenciamento, um caso de alocação e de distribuição, e não um simples problema de suprimento – embora em alguns países do mundo assim ocorra.
Vejamos exemplos do nosso dia-a-dia. Vejamos a cidade de São Paulo, capital. Em julho, agosto, setembro ... a população sofre com o racionamento de água. Em dezembro, janeiro e fevereiro a população sofre com enchentes enormes que param o trânsito e desabrigam muitos. Como o cidadão sujeito aos efeitos destas duas extremidades de eventos pode entender tudo isso? Como se vai explicar que sofre com a seca, quando o ar invade sua torneira e com a inundação quando a água invade sua casa? Não se pode. Não se vai. Perfurar um poço solo abaixo e comprar um barco, parecem ser as únicas soluções possíveis aos olhos daquele cidadão.
É importante reafirmar que o mundo não está com escassez de água, mas que se encaminha rapidamente para a escassez de água própria para o uso. Nós, brasileiros, embora longe daqueles desertos africanos, australianos, asiáticos ou do Oriente Médio, temos também lições a aprender e, sobretudo, problemas a meditar. Somos possuidores de 20,0% da água doce do mundo se contarmos com bacia compartilhadas internacionalmente e 13,8% se contarmos as de domínio exclusivo no nosso território1. E mesmo nossas regiões mais áridas (o semi-árido nordestino) apresentam precipitações anuais bem maiores que a maior parte da Espanha central, por exemplo. Só estes dados já reforçam a constatação que não vivemos uma crise de quantidade de água, ainda. Vivemos uma crise de planejamento. De gestão.
“Escassez e mau uso da água doce representam sérios e crescentes problemas que ameaçam o desenvolvimento sustentável e a proteção do ambiente.
Saúde humana e bem-estar; produção segura de alimento, desenvolvimento industrial e ecossistemas dos quais estes dependem, estão todos ameaçados, a menos que recursos de água doce e solo sejam utilizados de forma mais eficiente nas próximas décadas e muito mais do que têm sido até agora.”
Conferência Internacional de Água e Desenvolvimento Sustentável Dublin, Irlanda 1992
!
O presente trabalho espera ser contribuição para o planejamento e gestão ambientais deste novo milênio. Planejamento e gestão ambientais voltados para o uso e conservação da água. Buscamos avaliar os riscos e efeitos de nossas atitudes hoje. Não nos relatamos a um passado muito remoto. Este está tão hermético quanto distante, a ponto de servir apenas como citação. Buscaremos então, um passado imediato. Sem, entretanto, perder de vista o mínimo de tempo necessário para que uma análise que envolva qualquer ou todos os processos do ciclo hidrológico faça sentido, seja aplicável, tenha minimizado seus erros. Envolvemo-nos aí com as escalas temporais e espaciais dos fenômenos hidrológicos.
No Brasil, são raros os estudos que tentam colocar em evidência o efeito da urbanização sobre as precipitações. Mais ainda, sobre os efeitos do uso intensivo da terra sobre elas. Exemplo é o estudo de Xavier et al (1994) que analisou uma longa série histórica pontual de precipitações diárias na cidade de São Paulo e que mostrou a dificuldade de atribuir variações do regime pluviométrico ao efeito urbano quando outros efeitos meteorológicos naturais também agem.
Nosso trabalho tenta evidenciar o efeito urbano e da agricultura nas precipitações de outra forma, não procurando detectar mudanças de regime de uma série cronológica pontual, mas sim avaliando possíveis diferenças espaciais nas relações IDF2 sobre uma área que apresenta partes urbanas e rurais. Para isso, propusemo-nos analisar o acervo de dados pluviométricos da Bacia do rio Paracatu, em Minas Gerais que chegou a contar com 55 postos na bacia de aproximadamente 45.600 km² no período de 1940 a 1995. Há dados mais antigos, a própria estação da cidade de Paracatu está em atividade desde 1918. A área rural desta bacia ocupa praticamente toda a sua extensão desde a expansão da fronteira agrícola ocorrida nos anos 70 do século passado.
No segundo capítulo esclarecemos nossos objetivos e proposições. Nos dedicamos no terceiro capítulo a estabelecer a base conceitual e fazemos nossa revisão bibliográfica, ali procuramos nivelar conceitos e definições. No capítulo
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seguinte – capítulo 4, fazemos sucinta caracterização da bacia estudada. No capítulo 5, Metodologia, explicamos os materiais, dados e métodos utilizados. Posteriormente, apresentamos os resultados (capítulo 6), no capítulo 7 as conclusões são colocadas, finalmente.
O capítulo 8 dedica-se à bibliografia consultada e às referências bibliográficas. Apresentamos ainda textos, gráficos, tabelas e mapas em Anexos. Muitas das vezes iremos remeter nossa afirmação a estes anexos que por excesso de zelo nosso ficou, talvez, muito encorpado para o fim a que se destina.
Nosso foco: a água doce. Nossa área de estudos: a bacia do rio Paracatu, Minas Gerais – 45.600 Km². Nossa idéia inicial: a presença do homem nesta bacia – principalmente, pela agricultura e nas concentrações urbanas – provocou uma modificação no regime de chuvas intensas. Nossa hipótese central: a agricultura irrigada, a concentração urbana, a mudança brutal da cobertura vegetal modificou espacialmente o balanço energético, e conseqüentemente, as taxas de evapotranspiração e precipitação. Se as estatísticas das precipitações médias não sofreram alterações significativas, as intensidades de chuvas se modificaram como efeito de auto-equilíbrio da atmosfera.
Cabe, desde já, definir “chuva intensa” que é a palavra-chave do nosso trabalho.
O ciclo hidrológico é o ciclo da água no ambiente natural. Consideremos a água existente nas reservas oceânicas, e rios e lagos. Esta água se evaporará pela radiação solar ou pela evapotranspiração devido à cobertura vegetal. A água evaporada se condensa formando nuvens. Ocorre então a precipitação, que pode ser pela chuva, neve, gelos, etc. Da água precipitada, parte se infiltrará até atingir a saturação (quando a taxa de precipitação for maior ou igual que a taxa de infiltração do solo) da camada superficial do solo. A partir deste ponto passa então a ocorrer também o escoamento superficial ao terreno. Da água infiltrada parte volta à atmosfera por evapotranspiração, parte percolará até aflorar novamente em área mais baixa. Nos fundos de vales formam-se os cursos de água superficial. O tratado neste parágrafo está esquematizado e de muito rápida compreensão na Figura 6, adiante.
Os rios têm o que chamamos de leito, que é por onde eles correm. O leito é dividido em leito menor e leito maior. O leito menor é aquele que o rio ocupa com grande freqüência. O leito maior é aquele que o rio ocupa com menor freqüência. É a chamada várzea do rio, ou seja, a que é ocupada quando ocorrem chuvas e vazões com maiores tempo de retorno, TR50 3, TR100 4 anos ou mais.
CHUVAS INTENSAS:
A intensidade das chuvas afeta diretamente as descargas máximas decorrentes, porque é uma medida da quantidade de água que a bacia recebe por unidade de tempo. Nas chuvas intensas, maior proporção de precipitação escorre como deflúvio superficial direto do que nas chuvas de menor intensidade, visto que para as primeiras há maior excesso sobre a capacidade de infiltração no solo.
Apresentamos na Figura 1, abaixo, gráfico que relaciona a Taxa de Infiltração no solo e o Tempo de Precipitação. Na Figura 2, gráfico com a relação entre Intensidade da Chuva e a Taxa de Infiltração no solo.
Figura 1: Relação entre taxa de infiltração por tempo de precipitação
Fonte: Hidrologia – Ciência e Aplicação, Tucci (1993)
Figura 2: Relação entre intensidade da chuva e infiltração no solo.
Nota ponding time = tempo de encharcamento
Fonte: Handbook of Hydrology – Maidment (1993)
Chuvas pouco intensas podem ser absorvidas integralmente, ou em grande parte, pela intersecção das plantas e pela deficiência de umidade do solo superficial, dando origem a pouco ou nenhum deflúvio superficial direto. Assim, a intensidade das chuvas vem afetar tanto a descarga máxima como o coeficiente de deflúvio, dando, portanto, deflúvios superficiais diretos, que crescem mais do que proporcionalmente às precipitações que lhes dão origem.
Assim sendo, o estudo de chuvas intensas é de fundamental importância para a execução de obras hidráulicas e também para o controle e previsão de enchentes.
Um trabalho publicado pelo Engº Otto Pfasfstetter em 1957 (e reeditado em 1982), intitulado
Chuvas Intensas No Brasil, catalogou as probabilidades de ocorrências destas chuvas partindo-se das observações e registros metereológicos nos 98 postos do Serviço de Meteorologia do Ministério da Agricultura existentes à época. Estes resultados apresentados sempre serviram, principalmente,
para o estudo hidrológico das enchentes dos cursos d’água pelo Método Racional5.
As chuvas intensas, conforme Otto Pfasfstetter6, ficam definidas pela relação entre precipitação, duração e tempo de recorrência, ou de retorno.
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A Tabela 1, na página 22, relaciona alguns valores para chuvas intensas amplamente utilizados como os de Wilken e de Pfasfstetter. As últimas duas colunas relacionam os valores que adotamos no presente trabalho.
Wilken estudou estes fenômenos para São Paulo. Pfasfstetter usou dados de 98 postos pluviométricos e utilizou tais limites escolhidos de forma que, em cada posto e para cada duração, se tivesse na média, aproximadamente, 3 chuvas por ano de observação.
Semelhantemente a Pfasfstetter agimos nós. Adotamos como “valores de corte” aquelas ocorrências com significância (ocorrência de pelo menos 3 chuvas por ano) e próxima dos valores adotados pelos outros dois autores citados (estes valores já conhecíamos a priori). Vide Tabela 1 (na página 22).
O valor para a duração de 6 minutos não fora atribuído por nenhum dos outros dois autores, assim, teremos somente o adotado por nós como tal.
“Uma chuva pode ser considerada intensa desde que, para qualquer duração, ocorreu uma precipitação superior aos limites acima estabelecidos.” (Pfasfstetter, 1957).
Os intervalos de tempo acima, com as respectivas intensidades de chuvas são obtidos através dos registros pluviométricos transformados. O Engº Pfasfstetter, cujos trabalhos nesta área são considerados referência e fonte permanente de consulta, completou o estudo das chuvas com durações de 2 e 6 dias, coletando-se dados pluviométricos.
Outra definição de chuva intensa será:
“A precipitação máxima é entendida como sendo a ocorrência extrema, com duração, distribuição temporal e espacial crítica para uma área ou uma bacia hidrográfica. A precipitação pode atuar sobre a erosão do solo, inundações em áreas rurais e urbanas, obras hidráulicas, etc. ... O estudo das precipitações máximas é um
dos caminhos para conhecer-se a vazão de enchente de uma bacia”. (Tucci, 1994)
Tabela 1 – Valores adotados para chuvas intensas
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2. OBJETIVOS E PROPOSIÇÕES:
Nossa hipótese é simples e foi exaustivamente submetida ao teste da “Navalha de Occam”. É ela:
A mudança na cobertura vegetal provocou variação no processo de
evapotranspiração. Se a precipitação média anual não sofreu variações
significativas, houve uma alteração no regime de chuvas intensas.
Iremos incorporar aqui o descrito por Linsley, R.K. & Frazini, J.B. em Engenharia de Recursos Hídricos, Ed. McGraw-Hill do Brasil, Ltda., 1978, Rio de Janeiro, tradução e adaptação do Prof. Eng° Luiz Américo Pastorino, página 38:
“Em uma bacia hidrográfica, com grande variedade de espécies vegetais, é lícito supor que os vapores de evapotranspiração realmente variem de acordo com a umidade do solo, já que as espécies vegetais de raízes curtas deixarão de transpirar antes que os deixem de fazer as espécies de raízes longas.”
Esta é uma grande contribuição ao que imaginamos e definimos como hipótese. Busquemos agora nosso Estudo de Caso: a bacia do rio Paracatu. Nos últimos trinta anos, viu-se a cobertura vegetal destes 45.600 Km² ser e estar sendo gradativamente substituída por agricultura irrigada, de sequeiro, reflorestamentos exóticos, pastagens, mineração e concentrações urbanas. O presente trabalho tem por objetivo estudar, analisar e estabelecer, se possível, relações de causa e efeito entre a ocupação do solo pela agricultura irrigada e um aspecto muito particular do regime hidrológico: as chuvas intensas na região da bacia do rio Paracatu em Minas Gerais.
Por tanto, limitamo-nos a esta bacia como medida mais eficaz e eficiente neste tipo de estudo, ou melhor explicando, como iremos nos ater somente nas formações de precipitações do tipo convectivas, é mister reduzirmos quanto ao espaço, a área de abrangência, a escala de nosso sítio. A bacia do Paracatu possui área de aproximadamente 45.600 Km2.
Com o presente trabalho esperamos contribuir para o planejamento e gestão do recurso natural água, quanto tanto espera servir de ferramenta para a formação de banco de dados e modificações do sistema de outorga de água, na autorização para desmate ou desflorestamento, ou mesmo no zoneamento econômico-ecológico.
Compreendemos que este nosso trabalho é ponto de partida e não, solução. Servirá como base para discussão sobre área ideal de reserva legal (20% é o suficiente?). Há área mínima imprescindível?
Da mesma forma esperamos contribuir para um conceito diferente de Plano Diretor Urbano. Servirá, no trabalho, de plataforma na confirmação da necessidade, cada vez mais acentuada, de área impermeável em cada lote urbano. E, que não podemos mais continuar ocupando os leitos dos rios e córregos. Desde já sugerimos que os Planos Diretores buscassem incentivar quem mantivesse área permeável e plantada, em quintais e jardins, pudesse pagar menor Imposto Predial e Territorial Urbano – IPTU.
Para Engenharia de Recursos Hídricos esperamos fornecer, também, grande contribuição. Cálculos de dispositivos de drenagem, de canais, barragens poderão contar com o descrito aqui.
Ao meio técnico o presente trabalho, garantidamente, oferece três contribuições:
1. O Método do Inverso do Quadrado da Distância – M.I.Q.D. – para o cálculo da regionalização de precipitações e vazões;
3. E, novos valores para o cálculo da desagregação de chuvas. Fator de Taborga (1,095) em vez de CETESB (1,14) na transformação da chuva de 1 dia em chuva de 24 horas.
Em estudos envolvendo a água – como recurso hídrico – será sempre necessário estimar, dentro de níveis aceitáveis de certeza a disponibilidade hídrica e seu regime. Os Planos Diretores e demais instrumentos de gestão preconizados na Lei 9.433/97 dependem desse dado prévio. De nada nos será apropriado estabelecer planejamentos, instrumentos de controle e de gestão destes recursos naturais se não se fizer adequados prognósticos.
A figura 3, abaixo, nos mostra placa instalada às margens da BR 040-MG, próximo à cidade de Paracatu e que forneceu a idéia pioneira para este nosso trabalho.
Figura 3 – Placa às margens da BR 040-Mg e que nos serviu de primeira idéia.
Observe-se a figura 4, abaixo a evolução do uso dos recursos hídricos no século passado. A tangente tem inclinação do primeiro para o terceiro quadrantes. Assim, procuramos verificar aspecto singular, porém de importância absoluta no planejamento e gestão do meio ambiente, tendo como objetivo o regime pluviométrico.
Figura 4 – Evolução do uso dos recursos hídricos no século XX –
(Fonte: Naghettini, M. 1999)
!
3. BASE CONCEITUAL:
Genebaldo Freire Dias, em seu livro Pegada Ecológica é nossa primeira plataforma:
“Dentre as modificações globais que se experimentam, especialmente conectadas com a emissão de gases-estufa, especial atenção tem sido dada à correlação crescimento populacional humano versus mudanças globais induzidas pelas práticas de uso da terra e pelas modificações causadas em sua cobertura.
... há um consenso de que as mudanças no uso da terra são agora, e permanecerão por muito tempo, o mais importante dos diversos componentes interatuantes de mudança global que estão afetando os sistemas ecológicos. Contudo, apesar de sua importância, é relativamente difícil quantificar as mudanças de uso da terra como um fenômeno global, como se faz, por exemplo, com o gás carbônico. Tais mudanças ocorrem de forma heterogênea, hectare por hectare, ao redor da Terra, e sua significação resulta primariamente da soma das mudanças locais em muitas áreas diferentes.” Genebaldo Freire Dias – Pegada Ecológica, Ed. Gaia – São Paulo, 2002.
Com esta primeira aproximação esperamos sedimentar nossa intenção e passos no presente trabalho. O ciclo hidrológico um sistema fechado ao nível global, entretanto, conforme muito bem nos informa o Prof. Genebaldo Freire, as mudanças na cobertura provocam mudanças locais. E a soma das partes tem que ser igual ao todo. Assim estabelecemos nosso ponto de partida.
Para a total informação sobre o ponto central do presente trabalho, é mister considerações sobre o avanço da atividade antrópica (principalmente no cerrado brasileiro) e sobre o complexo processo que envolve o ciclo hidrológico em suas etapas.
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Figura 5 – Evolução da ação antrópica sobre a vegetação nativa –
O ciclo hidrológico está esquematizado na figura 6, abaixo. Figura 6 – Ciclo Hidrológico esquematizado
A figura 6, acima, mostra, esquematicamente, o ciclo hidrológico e seus processos. É importante observar que nosso trabalho está focado na evapotranspiração continental – que vem a ser a evaporação gasosa da água dos rios, lagos, mangues, córregos e outros tipos de concentração aquosa, inclusive, da
umidade do solo, e da transpiração das plantas e vegetais, por ação da energia solar.
Além, é claro, devido à estreita ligação entre cada fase do processo, haver-se sempre ter sido por nós colocado outros pontos como observações e análises, tais como: infiltração e escoamento superficial de maneira mais efetiva.
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Aqui, claramente podemos entender que transformações da paisagem são naturais. Porém são, também, inerentes aos processos naturais temporais. Ocorre lenta, ordenada e gradativamente. É natural, é da formação, da conformação e de conformidade com a Terra. Já a ação antrópica é enérgica e brutal em termos de velocidade de ocupação e mudanças. É alienígena na maioria dos casos, no mínimo, pela enorme quantidade de produtos sintéticos, plantas e árvores exóticas, equipamentos mecânicos que consigo traz e carrega.
Observando o fluxograma da Fig. 7 podemos perceber que o circuito se fecha no ponto em que a cobertura vegetal alterada faz modificar o regime de temperatura, o regime de umidade e a disponibilidade de nutrientes. Desta maneira, recomeça o processo de modificações na cobertura vegetal que leva a novo processo de mudanças nos regimes de temperatura e de umidade e de disponibilidade de nutrientes.
Wilken (1978) relata que o efeito da cobertura vegetal, está relacionado como o de outros fatores, mas é marcante quando a cobertura é densa, como nas matas e gramíneas, porque tende a favorecer infiltração rápida, protegendo da compactação devido à chuva. O efeito da cobertura do solo pode ser até mais importante que o tipo de solo. Uma superfície de argila nua é compactada por sucessivas pancadas de chuva, mas, quando protegida por cobertura vegetal, pode ter notável capacidade de infiltração.
Tabela 2 – Valores de albedo. Fonte: Tucci, 1993.
Esta tabela em muito convém aos nossos objetivos neste trabalho e também corrobora nossa hipótese. Notaremos que culturas vegetais possuem maiores intervalos de albedo. Assim, nos intervalos entre plantios sob pivô central – ou outro tipo de irrigação – ou mesmo em pastagens e culturas cíclicas de sequeiro, o solo ficará exposto e seco em boa parte do ano. Mais uma contribuição para o aquecimento da camada de ar. Outro enfoque é que, ao irrigarmos as plantações, pela equação da OMM e equação de Pennan (relativamente a evapotranspiração potencial), mantidas as demais condições, irá aumentar a evapotranspiração.
A OMM - Organização Mundial de Meteorologia apresenta a fórmula abaixo baseada no balanço de energia e importante instrumento para a equação de Pennam:
Superfícies Intervalos de a
Florestas coníferas 0,10 – 0,15
Florestas temporárias 0,15 – 0,20
Cereais 0,10 – 0,25
Batatas 0,15 – 0,25
Algodão 0,20 – 0,25
Campo 0,15 – 0,20
Superfície de água 0,03 – 0,10
Solos escuros 0,05 – 0,20
Argila seca 0,20 – 0,35
Solo arenoso (seco) 0,15 – 0,45
Onde:
qef = radiação efetiva em cal/(cm².dia);
L = calor latente, em cal/(cm².mm);
T (°K) = Temperatura absoluta da superfície de radiação; = constante de Stefan-Boltzman em W/m²/°K4;
ea = tensão de vapor numa altura acima da superfície, mm de Hg;
p = incidência solar / duração máxima de insolação diária; G = radiação incidente de onda curta, em cal/cm2.dia; a = albedo
qef/L = evaporação potencial média em mm/dia.
Equação de Pennan (ou Método Combinado):
O termo ∆/γ pode ser calculado pela fórmula:
Estes métodos são baseados na radiação. Ei = 0,35(1 + w2/160)(es-ea)
Ei = Termo aerodinâmico;
w2 = Velocidade do ar a 2 m de altitude;
es e ea = Tensão de vapor de saturação
de água à superfície e tensão de vapor de saturação de água a uma altura.
E0(mm/dia)= (∆/γ.qef/L + Ei)/( ∆/γ + 1)
E0 = Evaporação
Ei = Termo aerodinâmico;
.1NR @Evaporação Potencial Média ∆ = Variável auxiliar
γ = Constante psicométrica
∆ ∆ ∆
Entendamos que a água a ser fornecida em quantidade para a irrigação é aquela – que erradamente é chamada de perda –, parcela de evapotranspiração. Assim, quanto mais água adicionada mais evapotranspiração, que se traduz em maior quantidade de água, ou sistema de irrigação funcionando por mais tempo.
Outro aspecto, que não será aprofundado aqui, é o aumento brutal da erosão – por conseqüência da sedimentação de lagos e rios – devido às mudanças de cobertura vegetal natural por culturas agrícolas. Em 1993, o estado de São Paulo perdeu 193 milhões e toneladas de terra em conseqüência do uso inadequado da terra. Para a produção de 1 tonelada de soja ali, são perdidas por erosão, 10 toneladas de solo. (Dirceu D’Alkimin Telles, in Águas Doces do Brasil - Capital Ecológico, Uso e Conservação – São Paulo, 1999).
Simplificadamente, a presença de vegetação na superfície do solo contribui para obstaculizar o escoamento superficial, favorecendo a infiltração em percurso. A vegetação, também, reduz a energia cinética de impacto das gotas de chuva no solo, minimizando a erosão. (Tucci, 1994)
O processo de erosão em si, não é nosso enfoque. Interessa-nos os efeitos deste processo. Mais erosão significa mais compactação no solo. Mais compactação, necessidade de mais água de irrigação. Mais água, mais evaporação. E assim, por diante.
Tabela 3 – Balanço Hídrico Global
Oceanos Continentes
Área (Km²) 361.300.000 148.800.000
Km³/ano 458.000 119.000
Precipitação
mm/ano 1.270 800
Km³/ano 505.000 72.000
Evaporação
mm/ano 1.400 484
Escoamento
Rios Km³/ano - 44.700
Aqüífero Km³/ano - 2.300
Km³/ano - 47.000
Total
mm/ano - 316
Fonte: World Water Balance and Resources of de Earth, UNESCO, 1978
Tabela 4 – Áreas, volumes totais e relativos de água dos principais reservatórios da Terra.
Fonte: Shiklomanov, in IHP/UNESCO, 1998
Área
(106 Km²) (10Volume 6 Km³) % do Volume Total de água doce % do Volume
Oceanos 361,300 1.338 96,5 -
Subsolo 134,800 23,4 1,7 -
Água doce 10,53 0,76 29,9
Umidade do Solo 0,016 0,001 0,05
Calotas Polares 16,227 24,1 1,74 68,9
Antártida 13,980 21,6 1,56 61,7
Groenlândia 1,802 2,3 0,17 6,68
Ártico 0,226 0,084 0,006 0,24
Geleiras 0,224 0,041 0,003 0,12
Solos Gelados 21,000 0,300 0,022 0,86
Lagos 2,059 0,176 0,013 0,26
Água Doce 1,236 0,091 0,007
Água Salgada 0,822 0,085 0,006
Pântanos 2,683 0,011 0,0008 0,03
Calha de Rios 14,880 0,002 0,0002 0,006
Biomassa 0,001 0,0001 0,003
Vapor Atmosfera 0,013 0,001 0,04
Totais 510,0 1.386,0 100,0 -
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3.1. A Água no Ambiente Alterado pelo Homem
Diversas são as intervenções do ser humano no meio ambiente natural. A construção de uma barragem, por exemplo, altera todo o regime de escoamento do rio, bem como produz efeitos na qualidade da água devido à área inundada.
O desmatamento traz como conseqüência o aumento da velocidade do escoamento superficial, também o aumento do carreamento do solo e a erosão. Além do que, modifica os regimes de evapotranspiração e de evaporação, regimes estes fundamentais e determinantes do ciclo hidrológico. Em áreas de agricultura intensa, a retirada da água dos mananciais pode chegar a secá-los.
No ambiente urbano também surgem grandes efeitos. A impermeabilização do solo aumenta a velocidade do escoamento superficial, reduz a infiltração. A canalização de córregos e rios aumenta a velocidade de escoamento e restringe a calha natural do rio. O lançamento dos efluentes industriais e domésticos nos rios altera as suas características podendo descaracterizá-lo completamente.
Ou seja, a ação antrópica no meio ambiente interfere significativamente no regime hidrológico, portanto, na disponibilidade hídrica se não são tomadas medidas de planejamento e executadas obras, principalmente, reservatórios de acumulação e de controle.
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diversidade dos usos, maiores são os problemas que tem surgido, devido ao mau uso destes recursos. Vejamos o caso do objeto deste trabalho: a água.
A Bacia do rio Paracatu, afluente do Rio São Francisco, ocupa posição de destaque no cenário de desenvolvimento econômico e social do Estado de Minas Gerais. Segundo CETEC (1995), estimava-se uma área de 25.000 hectares irrigados, além da pecuária extensiva, atividade de importância significativa, especialmente ao noroeste do estado. Atualmente (2001), segundo o GCEA/MG7, a área de pecuária e
agricultura é de cerca de 2 milhões de hectares. A área irrigada na bacia pode passar dos 100 mil hectares. Infelizmente, este quadro indica também um nível de demanda hídrica incompatível com as disponibilidades superficiais e subterrâneas da região, sujeitas ao irregular regime hidroclimático característico do cerrado, contribuindo para o desenvolvimento de conflitos entre as diversas classes de usos da água. O processo de desenvolvimento da região, calcado numa política altamente setorial voltada para a agricultura irrigada, pode ser apontado como um dos fatores responsáveis pela gênese destes conflitos, conforme já constatado em CETEC (1995). A bacia foi escolhida como alvo deste estudo, por fatores analisados no decorrer deste trabalho, dentre eles a existência de longa série de dados hidrológicos, além da importância da bacia no fornecimento de água para o abastecimento aplicado à irrigação, do grande número de propriedades com produção agrícola, além de servir de abastecimento em seus afluentes para grandes mineradoras (ouro: Grupo Rio Tinto – Inglês; e zinco: Grupo Votorantin – Brasileiro). Some-se ainda a demanda para abastecimento público.
A intensificação da exploração agrícola irrigada tem gerado uma demanda consuntiva que compete com a demanda para abastecimento nos períodos de escassez, além de em conjunto com as demais formas de uso e ocupação do solo na bacia, afetarem diretamente os reservatórios e os demais corpos de água com aporte de sedimentos e agrotóxicos.
As relações de intensidade-duração-frequência das precipitações, as curvas
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IDF8, fornecem normalmente os elementos básicos para os projetos de engenharia de drenagem urbana das cidades além do que, deveria compor, conforme iremos mostrar no presente trabalho, estudos de irrigação, balanço hídrico, construção de pequenos reservatórios, estabelecimento de áreas de proteção e principalmente, a reserva legal. Quanto a este último aspecto abordado, o determinado pela lei – para reserva legal nas propriedades rurais – não traz, por si só, mudanças no regime de chuvas intensas? O que poderá ocorrer ao longo dos anos?
Seria interessante, portanto, investigar o quanto a urbanização, a mudança no uso da propriedade rural e a presença do homem produtor e consumidor, afetaram as precipitações.
É fato aceito que se houver realmente efeito da urbanização, da agricultura, ou de ambas concomitantemente, sobre as chuvas, ele se dará no sentido de aumentar não somente o volume precipitado, mas também as intensidades máximas, sobretudo à medida que as durações diminuem. Huff (1977) observou, em estudo realizado próximo a Saint Louis (EUA), e Silveira (2.000), em Porto Alegre no Rio Grande do Sul que tal efeito acontece nas áreas urbanas (e entendemos nós, nas rurais úmidas e aquecidas) por um reforço do processo convectivo (vide figura 8 abaixo), e pela aparição de um maior número de células pluviosas, fatos que favoreceriam a fusão destas células, intensificando as precipitações. Este trabalho nos EUA indicou que devemos esperar sobre as áreas urbanas um incremento das intensidades de precipitação proporcionalmente maior para uma duração menor.
Nosso trabalho, partiu do princípio de que teriam o mesmo comportamento as regiões urbanas e rurais afetadas por radical mudança da cobertura vegetal, principalmente aquelas com forte presença de irrigação em larga escala e de concentração urbana..
As chuvas ocorrem formadas de três maneiras: orográficas, frontais e convectivas.
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Orográficas: São aquelas causadas por barreiras de montanhas abruptas que provocam desvios para a vertical (ascendente) das correntes aéreas de ar quente e úmido (exemplo típico são as precipitações que ocorrem na Serra do Mar). Em outras palavras, ocorrem quando ventos quentes e úmidos encontram uma barreira montanhosa, elevam-se e se resfriam adiabaticamente havendo condensação do vapor, formação de nuvens e ocorrência de chuvas. São chuvas de pequena intensidade e de grande duração, que cobrem pequenas áreas;
Frontais: provêm da interação de massas de ar quentes e frias. Nas regiões de convergência na atmosfera, o ar mais quente e úmido é violentamente impulsionado para cima, resultando no seu resfriamento e na condensação do vapor de água, de forma a produzir chuvas. São chuvas de grandes durações, atingindo grandes áreas e com intensidade média. Estas chuvas podem vir acompanhadas de ventos fortes com circulação ciclônica. Podem produzir cheias em grandes bacias.
Figura 8 - Processo de convecção na formação de chuvas.
Fonte: Maidment Handbook of Hydrology, U.K., 1993
Nota do Autor: Condensation and subsequent thunderstorm formation = condensação e formação de chuva intensa; Air heated and rises = ar quente subindo; Convective precipitation = precipitação convectiva.
Maidment (1993), em seu Handbook of Hydrology relata que fatores antropogênicos têm provocado variações climáticas. Segundo este autor, com o avanço tecnológico, o crescimento populacional, as atividades humanas têm sido o componente fundamental das mudanças climáticas. Mudanças no uso da terra alteraram a superfície refletiva, a temperatura na superfície, a evaporação, a retenção de água no solo, e o run-off9. Estas mudanças impactaram a quantidade de energia local e o balanço hídrico.
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(A evaporação e a evapotranspiração ocorrem quando a água líquida é convertida para vapor de água e transferida, neste estado, para a atmosfera, (Tucci, 1993). Ambas são de fundamental importância nos estudos de balanço hídrico. O processo só poderá ocorrer naturalmente se houver ingresso de energia no sistema, proveniente do Sol, da atmosfera, ou de ambos e, será controlado pela taxa de energia, na forma de vapor d’água que se propaga da superfície da Terra. A evaporação ocorre quando um líquido ou sólido passa ao estado gasoso. Já a evapotranspiração é a perda de água por evaporação do solo e transpiração das plantas.)
Com isto, as estatísticas, ou os métodos estatísticos usados para as previsões e projetos envolvendo parâmetros climáticos, principalmente neste século XXI, podem não oferecer dados confiáveis. Formamos um ciclo perverso de atividades humanas sem planejamento ambiental, gestão ambiental deficiente, execução descuidada e somos afetados, posteriormente, pela força espantosa e de dimensões não previstas da natureza.
Conceitualmente, em termos de sensibilidade ou vulnerabilidade, são de dois tipos os danos causados pela atividade humana. Em primeiro lugar, há a sensibilidade do componente físico do clima. Ou seja, como as atividades humanas poderiam alterar a circulação atmosférica e os balanços de energia e água da atmosfera, principalmente, os sentidos na superfície. Em segundo lugar, há a sensibilidade da qualidade do ar à injeção de poluentes produzidos pelas atividades humanas. É tarefa dos técnicos e cientistas do ambiente verificar como esses dois tipos de sensibilidade afetam os diferentes biomas.
Repetimos: no Brasil, são raros os estudos que tentam colocar em evidência o efeito da urbanização sobre as precipitações. Mais ainda, sobre os efeitos do uso intensivo da terra sobre elas. Um exemplo é o estudo de Xavier et al (1994) que analisou uma longa série histórica pontual de precipitações diárias na cidade de São Paulo e que mostrou a dificuldade de atribuir variações do regime pluviométrico ao efeito urbano quando outros efeitos meteorológicos naturais também agem.
explanação de motivos do por que rastreamos as chuvas intensas.
Costuma-se considerar o conjunto de chuvas originadas de uma mesma perturbação metereológica, cuja intensidade ultrapasse determinado valor como sendo precipitação intensa. A duração pode variar de alguns minutos até 30 horas.
Em qualquer estudo ou projeto de recursos hídricos há ligação evidente entre precipitação e vazão. Assim, ao procurarmos estabelecer relações de causa e efeito, conforme pretendemos, estaremos contribuindo para minimizar custos e principalmente, modificar o enfoque no que se refere à outorga de uso e consumo de água (notadamente em bacias com alto índice para aproveitamento de irrigação por pivô central). Isto porque, conscientes do sistema hidrológico altamente dinâmico em função da própria ocupação humana da bacia, haverá o planejador e o hidrólogo, de procurar soluções mais econômicas no tempo de recorrência projetado e não, no momento do cálculo. Representa, também, novo enfoque para o dimensionamento de bueiros, canais urbanos e barragens. O sistema de outorga terá em mente que a vazão média está garantida entretanto, a cada nova autorização para irrigação, mais chuvas intensas. Assim, mais vazão instantânea e menos vazão regularizada.
Como já anteriormente citado, o presente trabalho tenta evidenciar o efeito urbano e da agricultura nas precipitações de outra forma, não procurando detectar mudanças de regime de uma série cronológica pontual, mas sim avaliando possíveis diferenças espaciais nas relações IDF sobre uma área que apresenta partes urbanas e rurais. Para isso, propusemo-nos analisar o acervo de dados pluviométricos da Bacia do rio Paracatu, em Minas Gerais, que chegou a contar com 55 postos na bacia de aproximadamente 45.600 km² no período de 1940 a 1995. Há dados mais antigos, a própria estação da cidade de Paracatu está em atividade desde 1918. A área rural ocupa praticamente toda a região desde a expansão da fronteira agrícola acorrida nos anos 70 do século passado.
Tabela 5- Dados fisiográficos da bacia
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Explicaremos “fator de forma, coeficiente de compacidade” que são termos novos e pouco comuns.
O fator de forma é a relação entre a área de uma bacia hidrográfica e o quadrado de seu comprimento axial, medido ao longo do curso d’água, da desembocadura à cabeceira mais distante, no divisor de águas. (Ff = A/L²)
O coeficiente de compacidade é a relação ente o perímetro de uma bacia hidrográfica e a circunferência de um círculo de área igual à da bacia. Daí, para uma bacia circular ideal, o índice de compacidade Kc = 1,0. Para uma bacia qualquer, chamando de P
o seu perímetro e C a circunferência de círculo de área A igual à da bacia, será : (Kc ≅ 0,28 P/A1/2).
Tabela 6 - Utilização Agrícola da bacia do rio Paracatu -
Fonte:PLANPAR,1.996
Tabela 7 - Dinâmica de Uso da Terra - Período 1985 e 1989 -
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- cobertura arbórea nativa: cerrado, cerrado em regeneração, campo cerrado, mata pluvial, capoeirão, capoeira e mata seca; - cobertura plantada: floresta; plantada (eucalipto e pinus); - cobertura herbácea: campo natural ou antropizado; - agropecuária: pasto e área cultivada; - outros usos: área alagada. 6 > 6&
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Mapa 1 – Rede Hidrométrica utilizada no presente estudo – (Fonte: IGAM - Plano Diretor – 1993)
4. CARACTERIZAÇÃO AMBIENTAL E CLIMÁTICA DA BACIA:
4.1. SÍNTESE DA CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA DA BACIA
Dados, gráficos, planilhas e demais estudos relativos ao sintetizado aqui, estão mais detalhadamente apresentados nos Anexos.
A localização geográfica da bacia do rio Paracatu faz com que haja uma predominância climática de natureza essencialmente tropical, onde as diferenciações térmicas são pequenas e portanto, as variações dos índices pluviométricos predominam na definição de zonas climaticamente diferenciadas.
A região em estudo se encontra sob o domínio do anticiclone semifixo do Atlântico Sul, sujeita a influência da massa de ar tropical continental e das correntes perturbadas de oeste, o que resulta num regime pluviométrico caracterizado por máximos no verão e mínimos no inverno.
A influência no regime pluviométrico das correntes perturbadas de oeste se observa na distribuição espacial dos totais anuais de chuva que decrescem de 1600mm para 1000mm, no sentido predominante de oeste para leste, com média na bacia da ordem de 1.340 mm.
O período chuvoso abrange os meses de outubro a abril, quando caem cerca de 93% do total anual, destacando-se o trimestre novembro, dezembro e janeiro. O período seco abrange o período de junho a agosto, quando chove cerca de 2% do total anual.
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representatividade das precipitações mensais, mostrando que a região está sujeita a oscilação entre períodos muito secos ou muito úmidos.
As temperaturas médias anuais variam entre 21ºC e 24ºC, sendo maior na sua parte leste correspondente a depressão Sanfranciscana. Os índices termométricos variam pouco de uma estação para outra, sofrendo influência mais acentuada da orografia do que da variação latitudinal.
As temperaturas máximas ocorrem geralmente no mês de setembro e seu valor médio varia entre 31,7ºC e 28,3ºC. As temperaturas mínimas ocorrem no mês de julho, com média variando entre 13,4ºC e 11,8ºC. As temperaturas médias do mês mais frio são superiores a 18,1ºC.
A umidade média anual, na bacia, é da ordem de 72%, decrescendo no sentido sul-norte. Os meses mais úmidos correspondem aos chuvosos de verão, dezembro e janeiro, com a umidade atingindo valores da ordem de 80%, e os menos úmidos aos meses de agosto e setembro, quando a umidade cai para valores entre 49,0% e 68,4%.
A insolação média anual é da ordem de 2450 horas, decrescendo no sentido leste-oeste, tendo o trimestre junho, julho e agosto como o mais ensolarado e os meses de novembro, dezembro e janeiro como os de menor insolação.
A nebulosidade tem valor médio anual da ordem de 5,5 sendo maior na divisa O-SO, decrescendo para E-NE. Os maiores valores ocorrem nos meses chuvosos de novembro a janeiro, enquanto os menores no trimestre junho, julho e agosto.
A evapotranspiração anual média, na bacia, é da ordem de 1.140mm, com valores mensais variando de um mínimo de 50 a 80mm nos meses de junho e julho, a um máximo de 90 a 163mm, nos meses de outubro a março. Espacialmente a evapotranspiração varia de um mínimo de 1000mm nos limites NO e S da bacia para um máximo de 1350 mm no extremo NE.
A seguir apresentamos os mapas de 2 a 10 relativamente à bacia do rio Paracatu.
Mapa 2 – UCB 04: Bacia do rio Paracatu;
Mapa 3 – UCB 05: Divisão política da bacia do rio Paracatu;
Mapa 4 – UCB 02: Isotermas;
Mapa 5 – UCB 06: Sub-bacias;
Mapa 6 – UCB 013: Uso do Solo;
Mapa 7 – UCB 07: Risco Potencial de Degradação;
Mapa 8 – UCB 10: Unidades Geoambientais;
Mapa 9 – UCB 08: Hipsométrico;
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5. METODOLOGIA
Nossa hipótese é: A mudança na cobertura vegetal, na bacia do rio Paracatu, em Minas Gerais, pela ação intensa e rápida do homem, modificou o regime de chuvas intensas.
Se verdadeiro, houve modificações no regime de chuvas intensas pela ação do homem. A hipótese falsa é: a ocupação do homem nesta faixa de cerrado não modificou o regime de chuvas intensas.
Diante disto estabelecemos nossa metodologia, inicialmente, tentando falsear nossa hipótese. Em não sendo imediatamente falseada a hipótese, partimos para descrição dos acontecimentos e análises.
Uma bacia com parcelas urbanas e rurais cuja precipitação é medida por uma rede de pluviômetros que cobre estas duas diferentes ocupações do solo pode ser objeto de uma análise visando evidenciar possíveis efeitos da presença do homem, e mais, as intensidade e voracidade desta ocupação, nas relações IDF’s. Para isso, empregou-se uma metodologia que partiu da seguinte questão:
É sustentável a afirmação da existência de uma relação IDF regional única na bacia e, portanto, nenhum efeito antrópico existe?
Ou seja, testaremos a hipótese nula. Caso a hipótese nula seja verdadeira, isto é, se há uma curva IDF única na bacia (ou mesmo, nas regiões homogêneas, nas isozonas), não haveria porque estudar efeitos da agricultura ou do homem modificando o regime de chuvas intensas. Teríamos, desde já, tornado nula a hipótese e praticamente, terminado o trabalho. Submetemos, desta forma, nossa hipótese à prova contrária.
Se tal afirmação não valer, significa haver a possibilidade de associarmos as variações espaciais com o efeito “humano de intensidade”10. Neste caso, a pergunta passa a ser:
As diferenças espaciais nas relações IDF vinculam-se com o posicionamento
relativo das áreas urbanas e rurais com forte presença do uso antrópico?
Caso positivo, chega-se à ultima questão:
São as diferenças quantitativas das IDF no espaço as esperadas para um efeito urbano e agrícola sobre as intensidades?
Um processo de formação de precipitações convectivo baseado na urbanização e na cultura agrícola, principalmente a irrigada, é esperado. O incremento em quantidade e intensidade na formação destes processos convectivos, efetivamente, serão transformados em maior quantidade de chuvas intensas. Maiores quantidades de chuvas intensas caracterizam modificação no regime de chuvas intensas. Como queremos demonstrar.
A primeira afirmativa a verificar é, portanto, a existência ou não, em termos estatísticos, de uma mesma relação IDF pontual que seja válida para todos os pontos do espaço na área coberta pela rede pluviométrica. Em se tratando de uma rede densa, deve-se esperar uma forte dependência espacial das precipitações medidas. Entretanto, este não é o caso presente. A rede pluviométrica, mesmo quando consideramos isoladamente cada isozona (A, B e C e D), não observamos esta condição de elevada densidade na rede pluviométrica.
Uma estrutura de correlação espacial elevada (densa rede pluviométrica) pode introduzir uma tendenciosidade na estimativa de uma distribuição de probabilidades regional caso se utilize uma rede de medidas mais densa que o necessário sem as devidas correções. Tal tendenciosidade pode ser menos importante na estimativa de parâmetros de uma função regional (Hosking e Wallis, 1988), mas o efeito poderá ser bem mais significativo quando forem estabelecidos intervalos de confiança.
possuía, então, um posto para cada 200 Km². A Inglaterra, uma rede quatro vezes maior que a França.
No Brasil, Otto Pfafstettter, em 1957 estudou 97 postos com registradores distribuídos nos quase 8.000.000 Km2 do nosso território. O ideal seria, e ainda é, um aparelho registrador para cada 100 Km². Linsley e Kholer, citados por Wilken (1978) relatam investigações feitas nas proximidades da cidade de Wilmington, Ohio, em uma bacia de 570 Km², mostrando um erro médio em função do número de aparelhos de medição e a chuva precipitada. Relatam que um aparelho para cada 100 Km² , produz um erro médio de 8% para uma chuva de 50 mm.
De acordo com U. S. Weather Bureau o valor registrado num posto pode representar a altura média sobre uma área de 25 Km². E até estabeleceu um gráfico de correlações apresentado a seguir. É fato que dependerá muito da topografia do local. (Figura 9)
Figura 9 – Curva de Redução de Área – U. S. Weather Bureau. Fonte Tucci, 1993
50 60 70 80 90 100
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ÁREA - Km²
P
/
P
m
ed
A densidade dos postos existentes na bacia não afetaria nosso trabalho dado à nossa clara proposta:
“não nos importa saber como o valor da chuva marcada representa a
variação espacial até onde em sua vizinhança. Importa-nos, isto sim, como a mudança acelerada, e muitas das vezes com produtos e meios exóticos,
afetou o valor registrado”.
Ou seja, a representatividade espacial de cada aparelho não afeta nossa proposta. Buscamos, exatamente, o caminho inverso: como mudanças locais e regionais foram registradas pelos e por cada aparelho?
Outro ponto importante e interferente nos resultados, vai na direção oposta à anterior e sempre representa um problema quando se faz análise hidrológica regional. A área da bacia estudada, bacia do rio Paracatu, é muito extensa. Conforme já apontado, a relação espacial da bacia é 1 posto para 930 km2, na média. O número de postos pluviométricos com dados históricos corresponde à uma situação de muito baixa densidade em termos globais. Buscamos, então, minimizar este tipo de erro possível. Traçamos gráfico da média dos postos adotados para a bacia, como um todo, geral. E, também, usamos o recurso do traçado de uma curva média esperada para cada região homogênea estabelecida. Estas regiões homogêneas foram definidas de três tipos: A, B e C/D. Escolhemos e registramos estas regiões homogêneas segundo os critérios estabelecidos por Taborga (1974).
Neste estudo utilizamos a metodologia das Isozonas, preconizadas por Taborga (1974) para determinar as chuvas máximas esperadas com 24 horas, 1 hora e 6 minutos de duração, para os tempos de recorrência de 5, 10, 25, 50 e 100 anos.
