XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
ÍNDICE DE CONCENTRAÇÃO DE CHUVA NO ESTADO DE SANTA
CATARINA
Fabiane Nunes Gonçalves1* & Álvaro José Back2
Resumo – Os eventos climáticos extremos exercem considerável influência sobre as atividades
antrópicas e tem atingido negativamente a economia do estado de Santa Catarina. Desse modo, objetivo deste trabalho é medir a sazonalidade e heterogeneidade de chuva no estado utilizando o Índice de Concentração. Foram utilizados dados da Agência Nacional de Águas (ANA) no período de 1976 a 2015, totalizando uma série histórica de 40 anos. Os resultados demonstraram que os valores de IC variaram entre 0,51 (meio oeste catarinense) e 0,61 (extremo norte catarinense). Apenas a estação da RH6 apresentou classificação como “alta” concentração de chuva, as demais estações apresentaram valores de IC classificados como médio o que significa que há, em geral, uma distribuição mais homogênea da precipitação.
Palavras-Chave – séries climáticas, precipitação, índice de chuva.
RAIN CONCENTRATION INDEX IN THE STATE OF SANTA CATARINA
Abstract – Extreme climatic events exert considerable influence on anthropic activities and havenegatively affected the economy of the state of Santa Catarina. Thus, the objective of this work is to measure the seasonality and heterogeneity of rainfall in the state using the Concentration Index. Data from the National Water Agency (ANA) were used from 1976 to 2015, totaling a historical series of 40 years. The results showed that the IC values ranged from 0.51 (west extreme Santa Catarina) to 0.61 (northern Santa Catarina). Only the station of the RH6 presented classification as "high" concentration of rain, the other stations presented values of IC classified as medium which means that there is, in general, a more homogeneous distribution of the precipitation.
Keywords – climatic series, rainfall, rainfall index.
INTRODUÇÃO
A precipitação é uma das mais importantes variáveis climatológicas (SOUZA et al., 2012), analisá-la é importante não apenas para compreender o clima de determinada região, mas pelo fato de que sua ausência ou excesso atinge o ambiente e a sociedade. No Brasil, a distribuição e a variabilidade das chuvas estão associadas à atuação e sazonalidade de diferentes sistemas convectivos, o que ocasiona as diferenças nos regimes pluviais (DANNI-OLIVEIRA; MENDONÇA, 2007). No sul do país há grandes contrastes nos regimes de precipitação, podendo ocorrer em uma mesma região períodos de chuva extrema ou de seca, esses eventos vêm sendo frequentemente agravados pela ação humana. O estado de Santa Catarina localiza-se no centro da região sul do Brasil e tem enfrentado nos últimos dez anos períodos de chuva com intensidade e frequência acima do normal, afetando de forma decisiva a sua economia e causando elevado número de perda de vida. Foram selecionadas 10 estações pluviométricas com 40 anos de dados
1Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais - UNESC, e-mail: fabianenunes@yahoo.com.br. 2Empresa de Pesquisa agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina, Epagri, e-mail: ajb@epagri.sc.gov.br.
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diários de chuva (1976-2015). Foi utilizado o Índice de Concentração (IC), criado em 1962 por Gibbs e Martin, e tem por objetivo medir a sazonalidade e heterogeneidade diária, através do qual os extremos de precipitação podem ser quantificados por meio da análise da frequência com que a chuva cai e também através da heterogeneidade dos valores de precipitação (SIQUEIRA, 2016).
MATERIAL E MÉTODOS
Área de Estudo
O estado de Santa Catarina possui área aproximada de 95 mil km² e uma extensão litorânea de 561,4 km, possui 6.249.682 habitantes e localiza-se no centro da região sul do Brasil. Está localizado entre os paralelos 25º57'36" e 29º21'48"S e entre os meridianos 48º19'37" e 53º50'00" W. Os limites geográficos são os estados do Paraná (norte), Rio Grande do Sul (sul), Argentina (oeste) e o Oceano Atlântico (leste) (ALESC, 2016; PRATES et al.,1989), conforme apresentado na Figura 1. O estado está dividido em 10 regiões hidrográficas, a saber: RH1 – Extremo Oeste; RH2 – Meio Oeste; RH3 – Vale do Rio do Peixe; RH4 – Planalto de Lages; RH5 – Planalto de Canoinhas; RH6 – Baixada Norte; RH7 – Vale do Itajaí; RH8 – Litoral Centro; RH9 – Sul Catarinense e RH10 – Extremo Sul Catarinense. Essas regiões são agrupações de municípios que pertencem a uma área hidrográfica de características físicas bem semelhantes.
Foram selecionadas 10 estações pluviométricas, uma por região hidrográfica, conforme Figura 1. A escolha se deu levando-se em consideração uma série histórica de 40 anos, no período de 1976 a 2015. Os dados pluviométricos diários foram obtidos da Agência Nacional de Águas
(ANA)3, através do site HIDROWEB (http://hidroweb.ana.gov.br/) e disponibilizados em formato
xls, ou seja, planilhas do Microsoft Excel (editor de planilhas do pacote OpenOffice). A Tabela 1 apresenta o código de cada região hidrográfica, o município em que a estação selecionada está localizada, o código da respectiva estação, bem como, as coordenadas geográficas e a altitude.
Figura 1 - Mapa de localização do estado de Santa Catarina e das estações pluviométricas.
XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3 Tabela 1 - Estações pluviométricas selecionadas.
Região Hidrográfica Município Código da estação Coordenadas Altitude Latitude (GMS)S Longitude (GMS)W RH1 Palmitos 2753006 27°03'52" 53°09'25" 400 RH2 Abelardo Luz 2652000 26°33'22" 52°19'51" 760 RH3 Capinzal 2751012 27°20'32" 51°36'30" 498 RH4 Painel 2750007 27°55'44" 50°06'18" 1144 RH5 Canoinhas 2650018 26°15'41" 50°37'59" 839 RH6 Garuva 2648027 26°02'08" 48°51'00" 80 RH7 Ibirama 2749001 27°03'14" 49°31'00" 151
RH8 Gov. Celso Ramos 2748019 27°19'07" 48°33'47" 9
RH9 Armazém 2848000 28°15'40" 49°00'44" 21
RH10 Praia Grande 2949001 29°11'45" 49°57'48" 60
Em seguida, foi realizado o preenchimento das falhas. A ocorrência de falhas nas séries históricas deve-se, sobretudo, à ausência do observador, falhas mecânicas de registro, perdas das anotações ou das transcrições dos registros pelos operadores (OLIVEIRA et al., 2010). Existem variados métodos utilizados no preenchimento de falhas de dados meteorológicos. Trabalhos como o de Fill (1987) e Bertoni & Tucci (2007) apresentam diversas metodologias empregadas no preenchimento de falhas, porém discorrem que nenhuma se presta ao preenchimento de falhas diárias, sendo mais indicadas no preenchimento de falhas mensais ou anuais. Neste trabalho foi utilizado o Método de Ponderação Regional, no qual são selecionados pelo menos três postos vizinhos que possuam, no mínimo, 10 anos de dados e que se localizem em uma região climática semelhante ao do posto em estudo.
Determinação do Índice de Concentração (IC)
Os autores Zhang et al. (2009); Olascoaga (1950); Martin-Vide (2004) e Coscarelli e Caloiero
(2012) estudaram os percentuais acumulados de precipitação (Pi) que contribuíram com as
percentagens acumuladas de dias (Ni), durante a ocorrência de Pi de acordo com as seguintes etapas
(SIQUEIRA, 2016):
1. Classificaçãodos limites de classe de precipitação (intervalo de classe igual a 1 mm); 2. Contagem donúmero de dias, com intervalo de precipitação que caiu para cada intervalo de classes (i = 1, 2, ... n) e cálculo a quantidade associada de precipitação;
3. Cálculo da soma cumulativa de itens de saída: etapa 2;
4. Contagemdas percentagens cumulativas de dias chuvosos e a quantidade associada de precipitação com base na etapa 3.
Se o percentual acumulado de dias chuvosos (Sum (Ni)) é uma função do percentual
acumulado de quantidades de chuva (Sum (Pi)) obtêm-se, então, uma curva exponencial
expressa por Sum (Ni) versus Sum (Pi), conforme Eq. 02 (Martin-Vide 2004):
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sendo e denominados de coeficientes de regressão.
A equação é determinada por uma curva de concentração ou curva de Lorenz (Figura 2), a qual é traçada com ambos os eixos variando entre 0,0 e 100,0 %, totalizando uma área total de 10.000 (SIQUEIRA, 2016).
Figura 2 - Curva de concentração, ou de Lorenz, para dois observatórios fictícios.
Fonte: Martin-Vide (2004)
A área S delimitada pela bissetriz do quadrante e a linha poligonal fornece uma medida de concentração, pois quanto maior for a área, maior será o IC. O índice de concentração de Gini, definido por Gi = 2S/10.000 é que irá quantificar o grau de concentração. As constantes a (Eq. 01) e b (Eq. 02) podem ser calculadas pelo método dos mínimos quadrados (Martín-Vide, 2004):
ln a =∑ Xi2∑ lnYi+∑ Xi∑ XilnXi−∑ Xi2∑ lnXi−∑ Xi∑ XilnYi
N ∑ Xi2−(∑ Xi)2
(Eq. 01) b = N ∑ XilnYi+∑ Xi∑ ln Xi−N ∑ Xiln Xi−∑ Xi∑ ln Yi
N ∑ Xi2−(∑ Xi)2 (Eq. 02)
Uma vez que ambas as constantes foram determinadas, a integral definida da curva exponencial entre 0 e 100 é a área sob a curva A (Eq. 03):
A′= [a be b∗Sum(Ni)(Sum(N i) − 1 b)]0 100 (Eq. 03) O IC, assemelhado à equação de Gini, pode ser definido pela Eq. 04:
IC = (5.000 − A′)/5.000 (Eq. 04)
O valor de IC encontrado pode ser classificado conforme a Tabela 2.
Tabela 2 - Indicativa do índice de concentração.
IC Classificação ≤ 0,50 Baixo 0,50 a 0,60 Médio 0,60 a 0,70 Alto ≥ 0,70 Muito alto Fonte: Martin-Vide, 2004. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados do IC obtidos para a série temporal de 1976 a 2015 podem ser conferidos na Figura 3 e variam entre 0,51 e 0,61, sendo que o menor valor foi observado no posto pluviométrico do município de Abelardo Luz (meio oeste catarinense) e o maior valor de IC ocorreu no município de Garuva (extremo norte catarinense), sendo classificado como alto, uma vez que o valor
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encontrado está acima de 0,6, ou seja, 0,61. Esse município é considerado um dos mais chuvosos do estado, chegando ao volume de mais de 3.877 mm de precipitação no ano e apresentam forte variação sazonal (COAN et al., 2015). Para Martin-Vide (2004), de um modo geral, valores acima de 0,61 significam que 70% da precipitação total está dentro de 25% dos dias mais chuvosos, o que pode gerar sérios problemas ambientais, como exemplo a erosão do solo. Como observado, os valores mínimos encontrados (0,51 e 0,52) correspondem ao extremo oeste e meio oeste catarinense, respectivamente, justamente as regiões mais afetadas pela estiagem nos últimos dez anos.
As demais estações apresentaram valores de IC classificados como médio o que significa que há, em geral, uma distribuição mais homogênea da precipitação.
Em estudo realizado no estado de São Paulo, Siqueira (2016) encontrou valores de IC que variaram entre 0,48 e 0,70. Já Santos et al. (2007) constataram valores entre 0,44 e 0,63 para Portugal.
O extremo norte catarinense é a região com maior volume de precipitação e onde ocorrem elevados valores de IC.
Valores mais baixos de IC estão distribuídos no meio oeste e extremo oeste catarinense. A curva de Lorenz demonstra que quanto mais afastada da curva da igualdade absoluta (linha reta de 45°), maior será a concentração de chuva. Esses gráficos permitem avaliar a quantidade de chuva que se concentra em um período de tempo. Como modelo tem-se a Tabela 3Tabela , onde a coluna P25* representa o total de precipitação da série estudada que se concentrou nos 25% dos
dias mais chuvosos.
Figura 3 - Distribuição do Índice de Concentração no estado de Santa Catarina no período de 1976
XXII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6 Tabela 3 - Resultados do IC para os municípios catarinenses analisados (1976 a 2015).
RH Código Altitude IC P25* 1 2753006 400 0,52 58,5 2 2652000 760 0,51 55,1 3 2751012 498 0,56 62,8 4 2750007 1144 0,52 57,4 5 2650018 839 0,54 40,0 6 2648027 80 0,61 70,4 7 2749001 151 0,54 60,5 8 2748019 9 0,53 60,8 9 2848000 21 0,55 61,1 10 2949001 60 0,60 68,2
*Porcentagem do total de precipitação para 25% dos dias mais chuvosos.
A região hidrográfica 6 é a que apresenta maior concentração de chuva nos 25% dos dias mais chuvosos, já a região hidrográfica 5 é a que apresenta menor concentração.
Vale ressaltar que este índice possui limitações quanto ao uso de baixo número de estações pluviométricas. Nesse estudo foi possível observar algumas incertezas relacionadas à generalização dos valores de IC para toda a RH usando apenas uma estação por RH (Figura 4). Visto que este índice apresentou valores semelhantes para regiões hidrográficas que possuem condições climáticas e de relevo diferentes.
CONCLUSÕES
As chuvas têm maior concentração no extremo norte do Estado e extremo sul. Os menores índices de concentração ocorrem no extremo e meio oeste e em algumas partes da serra catarinense. Foi também no extremo norte catarinense que houve maior concentração do período chuvoso dentro dos 25% dos dias mais chuvosos. Na contramão, a RH5 foi a que apresentou apenas 40% das chuvas concentrada dentro dos 25% dos dias mais chuvosos. Isso se deve, provavelmente, à atuação das massas de ar que atuam sobre o estado de Santa Catarina.
Para uma avaliação mais realista faz-se necessário o uso de maior número de estações pluviométricas, visto que o IC apontou resultados semelhantes para regiões hidrográficas com características climáticas bastante diferentes.
REFERÊNCIAS
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