DIRECÇÃO DOS SERVIÇOS DE RECURSOS HÍDRICOS
Precipitações Intensas em Portugal Continental
para Períodos de Retorno até 1000 anos
Cláudia Brandão & Rui Rodrigues
1 - OBJECTIVO
Esta Publicação tem como objectivo imediato munir os técnicos presentemente envolvidos no planeamento de recursos hídricos, com expressões de cálculo de precipitações intensas para a obtenção de hidrogramas de cheia nos diversos ambientes geográficos das bacias em estudo, através da modelação hidrológica.
Por extensão, a informação agora disponibilizada torna-se também acessível a toda a comunidade técnica envolvida em projectos de obras hidráulicas que requeiram a verificação do dimensionamento para caudais de cheia com períodos de retorno até ao milenar.
A necessidade de uma rápida disponibilização deste tipo de informação para os consórcios faz com que esta publicação ainda não possa ser considerada na sua versão final, devendo ser encarada apenas como provisória. Isto não significa, porém, que esteja incompleta quanto ao objectivo principal que é o de possibilitar a avaliação de precipitações extremas associadas a períodos de retorno de projecto de até 1000 anos, informação essa até hoje nunca disponibilizada de forma sistemática e abrangente em termos do território continental.
Outro aforismo para uma publicação deste tipo é o de que ela nunca estará concluída, estando sempre sujeita a permanente actualização. No caso da realidade nacional, ainda que esta premissa seja verdadeira, a actualização verdadeiramente utilitária dependerá mais da inclusão de novos pontos de observação à medida que a vasta informação de base dos arquivos do INAG e de outras instituições vá sendo trabalhada do que da inclusão de mais anos hidrológicos.
2 – BREVE HISTORIAL
Apesar das redes de medição de precipitação em Portugal serem mais do que centenárias, a generalização de expressões de cálculo de precipitações extremas para o território continental para durações de chuvada inferiores ao dia não constitui um procedimento rotineiro ( ao contrário de outros países europeus).
Mesmo as expressões de cálculo publicadas mais frequentemente para durações diárias (LOUREIRO e MACEDO, 1981) enfermam geralmente de algumas imprecisões (RODRIGUES, 1990), o que contribuiu para algum descrédito na sua aplicação. Neste ambiente constituíram excepção e marco de referência os trabalhos de MATOS e SILVA (1986) e de GODINHO (1987; 1989) e, mais recentemente, BRANDÃO (1995).
No estudo de MATOS e SILVA (1986) é feita uma das primeiras tentativas de sistematização espacial da variabilidade dos fenómenos pluviosos intensos. A Figura 1 resume esse mapeamento baseado na análise de 20 postos, 11 dos quais com informação processada inferior a uma hora, onde se nota uma preocupação em reproduzir, no zonamento dos máximos de intensidade pluviosa, o zonamento próprio dos volumes totais médios anuais precipitados que, por corresponderem a integrações de diversos fenómenos pluviosos, provenientes de diferentes estímulos (térmico, nos fenómenos convectivos, altimétrico nos fenómenos orográficos, ou de circulação, nos fenómenos frontais) poderão não reflectir situações meteorológicas específicas associadas aos máximos.
Outro aspecto merecedor de alguma reflexão no zonamento proposto é a disposição contígua de zonas extremas sem faixas de transição, no Norte do País.
Fig. 1 – Zonamento pluviométrico proposto por MATOS e SILVA (1986).
No estudo do Sotavento Algarvio, RODRIGUES (1990) põe em causa a uniformidade de comportamento pluviográfico entre a região de Lisboa e o Sotavento Algarvio como preconizado em MATOS e SILVA (1986). De facto, no Sotavento Algarvio predominam os fenómenos convectivos, reconhecidos como menos sensíveis ao efeito de altitude. RODRIGUES (1990) chega mesmo a estipular a hipótese de independência dos fenómenos pluviosos extremos do efeito de altitude em zonas escudadas.
A Figura 2, extraída de RODRIGUES (1990), demonstra como o efeito de altitude se vai afirmando, no Sotavento Algarvio, apenas com a progressão dos fenómenos pluviosos para intervalos de tempo maiores, mais relacionados com totalizações volumétricas do que com intensidades de precipitação.
Fig. 2 – Aderência da configuração das isoietas centenárias à disposição das cumeadas principais da serra do Caldeirão para durações superiores ao dia no Sotavento Algarvio (extraído de RODRIGUES, 1990).
Para o seu estudo MATOS e SILVA (1986) usaram os dados de base compilados por Rocha Faria e Sousa Machado e utilizados num estudo similar em 1978 (GODINHO, 1987, op. cit.) que compreendia 20 postos, dos quais 13 com séries entre 10 e 28 anos, e sete com séries inferiores a 10 anos.
Como o melhoramento das estimativas por inclusão de mais postos se mostrasse demorada, GODINHO (1987) limita a leitura dos gráficos à determinação do máximo em 60 minutos e, com esta simplificação, aumenta a rede de base em mais 11 postos, actualizando ainda as séries da rede primitiva.
Assim, sem a preocupação de determinação de máximos para durações inferiores a uma hora, surgem novas estimativas baseadas numa rede de 31 postos, 18 dos quais com séries superiores a 20 anos, nove postos com séries entre os 13 e os 20 anos, e quatro postos com séries inferiores a 13 anos.
Com esta nova rede publica mapas de relações entre os máximos com durações de 60 minutos e os máximos diários, bem como entre os máximos em 6 horas e os máximos diários, quer para os valores médios da amostra (T = 2,33), quer para o período de retorno de 100 anos. Para as determinações de máximos em durações inferiores a uma hora GODINHO (1987) propõe a utilização das relações médias estabelecidas com os máximos de 60 minutos preconizadas no Guia de Práticas Hidrológicas da OMM.
Uma nova actualização das estimativas de GODINHO (1989), com um aditamento em 1991, dá também origem a uma actualização dos mapeamentos anteriormente referidos. São estas novas estimativas que se apresentam nas Figuras 3 a 6. Para as estimativas sub-horárias continua a ser preconizada a utilização dos coeficientes de redução que, nesta nova versão, aparecem referidos a um zonamento sumário do território continental (Fig. 7).
Com o estudo de BRANDÃO (1995) foi possível começar a conhecer mais em detalhe os fenómenos extremos devido à digitalização sistemática de todos os hietogramas. Desta feita passaram a obter-se estimativas seguras para durações horárias e sub-horárias que, até aí, estavam muitas vezes confinadas aos dias de maior volume total de precipitação.
Esta independência relacional conferida pela digitalização sistemática permitiu, numa primeira fase, analisar a adequabilidade das expressões de redução sub-horária dos totais de 60 minutos já referidas. A Figura 8 resume a confrontação efectuada para quatro postos com extensa série de registos onde se notam ligeiros afastamentos entre os valores médios observados e os valores médios propostos no Guia de Práticas Hidrológicas da OMM, afastamento esse mais pronunciado quando estão envolvidos dados de locais onde existe maior predominância de fenómenos convectivos. Na mesma figura são sobrepostos os afastamentos a estas relações médias das relações máximas e mínimas observadas, havendo aí grande dispersão. Ainda que não haja uma função proporcional bem definida entre os máximos afastamentos ao comportamento médio e os maiores períodos de retorno, parecer haver alguma tendência para uma relação directa entre os mesmos uma vez que, em Lisboa, três das cinco maiores relações entre máximos de durações 15 e 60 minutos (superiores ao limiar 0,8) situavam-se nos 18,5% superiores da série de máximos, sendo que a maior dessas relações correspondia ao terceiro maior máximo já registado.
Fig. 3 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para a média da amostra (extraído de GODINHO, 1989).
Fig. 4 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para um período de retorno de 100 anos (extraído de GODINHO, 1989).
Fig. 5 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para a média da amostra (extraído de GODINHO, 1989).
Fig. 6 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para um período de retorno de 100 anos (extraído de GODINHO, 1989).
Fig. 7 – Percentagem de redução dos máximos em 60 minutos para durações sub-horárias relativa a valores médios da amostra (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).
3 - EXPRESSÕES PARA PROJECTO HIDRÁULICO (T=1000ANOS)
Uma das grandes limitações das metodologias de MATOS e SILVA (1986) e de GODINHO (1989), em termos da sua utilização para o projecto hidráulico, é a ausência de expressões para períodos de retorno superiores a 100 anos. Compreensivelvamente, já que os estudos estatísticos de suporte a expressões de cálculo de precipitações intensas para períodos de retorno superiores aos 100 anos necessitam de séries amostrais extensas e requerem maior cuidado na análise estatística, principalmente na rejeição de máximos da amostra como
outliers. Neste último caso a admissão de hipóteses de misturas de distribuições tem que ser
devidamente explorada, principalmente quando os máximos de precipitação num local provêm, quer de fenómenos frontais, quer de fenómenos convectivos (RODRIGUES, 1990).
Na ausência de funções IDF correspondentes a um período de retorno de 1000 anos para uma malha densa de pontos no território continental português, complementadas com zonamentos da sua aplicabilidade regional (à semelhança do que foi efectuado para o Sotavento Algarvio em RODRIGUES, 1990), e face à necessidade premente de possibilitar o cálculo de máximos de precipitação milenares, apresentam-se neste estudo os primeiros resultados dos estudos do INAG neste domínio, devendo estes ser entendidos como apenas uma primeira contribuição para a colmatação da ausência metodológica sentida. Os resultados aqui apresentados são, portanto, provisórios.
No estabelecimento das curvas IDF para períodos de retorno de até 1000 anos foi utilizado um núcleo principal de postos udográficos sobre o qual se efectuou uma digitalização sistemática dos udogramas. Procurou-se que o número de anos de registo digitalizados destes postos se situasse entre os 30 e os 40 anos. À informação deste grupo foi acrescentada outra proveniente de um segundo grupo de postos onde a leitura dos udogramas não foi sistemática (podendo, portanto, os máximos correspondentes a curtas durações estar sub-avaliados). No Quadro I são apresentados os postos que foram alvo de análise, com indicação do período analisado, bem como do número de valores das amostras e do método de leitura utilizado.
Quadro I - Postos utilizados no estudo de caracterização de máximos em várias unidades de tempo, e restante informação apropriada.
Número de máximos anuais
Estação udográfica Período estudado 5 10 15 20 30 60 120 180 360 720 Metodologia
Bragança 1957-1984 21 28 21 28 28 21 28 Leitura discreta
Vila Real 1955-1984 21 30 21 30 30 21 30 Leitura discreta
Porto (Serra do Pilar) 1930-1954 25 25 25 25 25 25 25 Leitura discreta Aveiro (Universidade) 1980-1992 10 10 10 10 10 10 10 10 Digitalização sistemática
Caramulo 1941-1963 23 23 23 Leitura discreta
Penhas Douradas 1941-1959 15 15 15 15 15 15 15 15 Digitalização sistemática Covilhã 1943-1986 36 36 36 36 36 36 36 36 Digitalização sistemática
Coimbra 1935-1966 31 29 29 29 29 Leitura discreta
Fonte Boa 1958-1981 24 24 24 24 24 24 24 Leitura discreta
Lisboa (IGIDL) 1860-1992 88 124 102 107 132 132 101 19 19 Digitalização+Leitura discreta Évora-Cemitério 1940-1992 28 32 34 39 40 41 41 41 Digitalização sistemática
Catraia 1959-1974 17 17 17 17 17 Digitalização não sistemática
S. Brás de Alportel 1942-1989 42 42 42 42 42 Digitalização não sistemática Figueirais 1945-1981 35 35 35 35 35 Digitalização não sistemática Praia da Rocha 1960-1980 21 21 21 21 21 21 21 Leitura discreta
Monchique Por inferência diária
No Quadro II são apresentadas as funções IDF para cada um dos postos utilizados.
Quadro II – Expressões IDF propostas
Curva IDF (I (mm/h) =at (min) b
)
Estação udográfica Parâmetros 1000 500 100 50
Bragança a 469.45 435.89 357.89 324.17
b -0.614 -0.612 -0.609 -0.607
Vila Real a 767.12 703.45 556.04 492.67
b -0.659 -0.656 -0.647 -0.642
Porto (Serra do Pilar) a 492.98 462.63 392.06 361.53
b -0.574 -0.576 -0.58 -0.583 Aveiro (Universidade) a 420.5 384.96 b -0.621 -0.62 Caramulo a 428.17 393.46 313.44 279.23 b -0.509 -0.505 -0.492 -0.485 Penhas Douradas a 859.55 787.4 620.87 549.52 b -0.669 -0.664 -0.649 -0.641 Covilhã a 472.942 438.14 357.356 322.509 b -0.562 -0.56 -0.552 -0.548 Coimbra a 1020.4 943.9 766 689.05 b -0.683 -0.683 -0.681 -0.68 Fonte Boa a 520.89 484.46 399.74 363.09 b -0.613 -0.613 -0.611 -0.61 Lisboa (IGIDL) a 579.94 541.23 451.14 412.14 b -0.592 -0.592 -0.594 -0.595 Évora-Cemitério a 752.99 702.32 584.27 533.36 b -0.631 -0.632 -0.636 -0.638 Catraia a 1521.34 1226.80 745.79 600.34 b -0.616 -0.611 -0.6 -0.595 S. Brás de Alportel a 1458.66 1174.97 708.99 570.33 b -0.581 -0.58 -0.577 -0.576 Figueirais a 2659.5 1982.22 1008.21 749.83 b -0.616 -0.61 -0.598 -0.592 Praia da Rocha a 453.42 423.06 352.57 322.14 b -0.566 -0.567 -0.571 -0.574 Monchique a 3518.46 2548.65 1145.89 b -0.765 -0.737 -0.633 Faro a 923.71 858.24 703.88 637.12 b -0.631 -0.633 -0.636 -0.638
4 – ZONAMENTO ESPACIAL DAS EXPRESSÕES DE CÁLCULO
Como anteriormente foi referido, não existe ainda informação udográfica digitalizada de um número suficiente de postos para se estabelecer uma regionalização das curvas IDF anteriormente identificadas. Para obviar a esse facto, e dada a urgência em prover os consórcios dos planos de bacia com uma metodologia de âmbito nacional, foi efectuado um estudo de verificação dos zonamentos propostos por GODINHO (1989) para o período de retorno de 100 anos, concretamente: o zonamento das relações entre as estimativas de precipitação em 60 minutos e as estimativas de precipitação em 24 horas (Fig. 4), e; o zonamento das relações entre as estimativas de precipitação em seis horas e as estimativas da precipitação em 24 horas (Fig. 6).
O facto de se possuírem estimativas baseadas na digitalização sistemática para alguns postos coincidentes com os dessas figuras permitiu constactar alguma sub-avaliação dessas relações (principalmente em Faro, Évora, Lisboa e Coimbra). Na zona da serra da Estrêla, por se adicionar também neste estudo informação relativa ao posto da Covilhã, foi possível definir melhor a variabilidade das relações entre os máximos de 6 e 24 horas, admitindo-se a existência de dois núcleos de abaixamento dessa relação no maciço da serra, um nas encostas a barlavento, e outro nas encostas a sotavento, à semelhança, aliás, do que o próprio GODINHO (1989) propõe para as relações dos 60 minutos com as 24 horas.
No Algarve existe um núcleo de abaixamento das relações 60 min/24 hr também no sotavento, e não só no barlavento como propõe GODINHO (1989). Este último núcleo do barlavento foi confirmado no presente estudo com os dados de Monchique.
Outras subavaliações encontradas poderão advir do facto de alguns máximos publicados para 24 horas corresponderem a leituras das 0 às 24 horas (efectuadas sobre o udograma) enquanto que outros provêm de leituras das 9 às 9 horas, coexistência essa verificada, por vezes, dentro de uma mesma série.
No presente estudo todos os valores foram padronizados e referenciados das 9 às 9 horas por ser esse o intervalo de totalização geralmente adoptado na generalidade das leituras de udómetros. Aliás, a leitura das 0 às 24 horas, assim como a das 9 às 9 horas, não significa que se reproduza o máximoocorrido em 24 horas mas, tão somente, máximos diários (com o dia como unidade de truncatura). O máximo em 24 horas poderá ocorrer entre a uma hora de um dia e a uma hora do dia seguinte (corrompendo o valor das 0 às 24 horas), ou entre as 8 horas de um dia e as 8 horas do dia seguinte (corrompendo o valor das 9 às 9 horas) ou, como é óbvio, entre qualquer outro intervalo de 24 horas. De qualquer forma o intervalo das 9 às 9 horas não só é o praticado pelos observadores nacionais como não quebra eventuais efeitos da maré lunar na precipitação.
Depois de efectuada a verificação dos zonamentos de GODINHO (1989) para o período de retorno de 100 anos, com introdução das alterações acima mencionadas, foi feita uma inferência sobre o zonamento dessas mesmas relações para o período de retorno de 1000 anos. Dado que as relações milenares pouco diferem das centenárias foi admitido como válido a generalização dos zonamentos de 100 anos para períodos de retorno superiores. As Figuras 9 e 10 resumem os procedimentos de desagregação de estimativas de 24 horas podendo ser utilizadas em conjunção com o ábaco proposto por GODINHO (1989) para obtenção das curvas IDF ou apenas como inferência do grau de regionalização das expressões pontuais do Quadro II.
Fig. 9 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para um período de retorno de 1000 anos (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).
Fig. 10 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para um período de retorno de 1000 anos (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).
5 – BIBLIOGRAFIA
BRANDÃO, C. 1995 – Análise de Precipitações Intensas. Dissertação para a obtenção do grau de Mestre em Hidráulica e Recursos Hídricos. IST, Lisboa.
GODINHO, S. 1987 – Valores Máximos de Quantidade de Precipitação. Estimativa dos Valores Relativos a Durações Inferiores a 24 Horas (II). Divisão de Hidrometeorologia, INMG, Lisboa.
GODINHO, S. 1989 – Valores Máximos de Quantidade de Precipitação. Estimativa dos Valores Relativos a Durações Inferiores a 24 Horas (II). Nota Técnica de Meteorologia e Geofísica Nº 10. INMG, Lisboa.
LOUREIRO, J. MIMOSO; MACEDO, M. Van ZELLER 1981 – Precipitação Máxima em 24 Horas para Diferentes Períodos de Retorno. Recursos Hídricos vol. 2, nº 2, pp. 45-61. APRH, Lisboa.
RODRIGUES, R, 1990 – Caracterização de Episódios Meteorológicos Extremos: O Sotavento Algarvio. Publicação Nº 10/90, Direcção dos Serviços de Hidrologia. DGRN/MARN, Lisboa.
