CHUVAS INTENSAS RECORRENTES NA REGIÃO DA SERRA DO MAR/RJ
Lígia M. N. de Araujo 1*; Mariana de A. Abdalad 2; Anderson Mululo Sato3, Afonso A. M. de
Araujo4; André de S. Avelar5; Ana Luiza Coelho Netto 6 & Otto C. Rotunno Filho 7
Resumo – A região serrana do Rio de Janeiro é atingida, recorrentemente, por eventos chuvosos causadores de desastres naturais como escorregamentos e alguns de inundação. Sua geografia e geomorfologia favorecem índices expressivos de precipitação durante o verão. Observam-se certa oscilação interanual e grande variabilidade de localização e de abrangência espacial, quando se analisa o fenômeno em escala de detalhe. Por outro lado, a ocupação urbana desordenada e crescente determina a ocorrência dos desastres. A rede automática de monitoramento atual é densa em alguns municípios, com o Alerta INEA/RJ expandindo-se para todo o estado, o que possibilita analisar a distribuição espacial das chuvas e atualizar estudos existentes de chuvas intensas. Avalia-se e compara-Avalia-se o evento de 17-19 de março de 2013, em Petrópolis, com outros também catastróficos em municípios da região. Propõe-se uma análise regional das precipitações intensas para a Serra do Mar, com vistas a uma avaliação mais precisa da severidade dos eventos, uma vez que a sua magnitude pode ser constatada, quase diretamente, por notícias na mídia e imagens de sensoriamento remoto.
Palavras-Chave – Desastres naturais, rede representativa de monitoramento, chuvas intensas.
RECURRENT INTENSE RAINFALL ON THE REGION OF SERRA DO
MAR/RJ
Abstract – The Rio de Janeiro mountainous region is frequently affected by heavy and hazardous rainfall events causing landslides and some flood events. Its geography and geomorphology favor expressive rainfall amount during the summer season. Inter-annual oscillation and significant variability in spatial location and range of coverage can be observed, when the phenomenon is analyzed at the appropriate scale. On the other hand, the increasing and disordered urban occupation determines the occurrence of disasters. The current automatic monitoring network is dense within some municipalities, with the INEA/RJ Alert expanding towards the whole state, what makes feasible the update of existing intense rainfall studies. The 17-19 March 2013 event in Petrópolis is evaluated and compared with other hazardous events in municipalities in the region. A regional analysis of intense precipitation for Serra do Mar is proposed in order to achieve a more precise assessment of the severity of the events, as their magnitude can be directly inferred by media news and remotely sensed images.
Keywords – Natural disasters, representative monitoring network, intense rainfall.
1 Agência Nacional de Águas e Programa de Engenharia Civil, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia - COPPE,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail: ligiamna@hotmail.com. * Autor Correspondente
2 Departamento de Geografia, Instituto de Geociências (IGEO), Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail: mariana_abdalad@yahoo.com.br. 3 Departamento de Geografia, Instituto de Geociências (IGEO), Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail: sato@ufrj.br.
4 Departamento de Recursos Hídricos e Meio Ambiente, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail:
afonsoaraujo@poli.ufrj.br.
5 Departamento de Geografia, Instituto de Geociências (IGEO), Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail: andre.avelar@globo.com. 6 Departamento de Geografia, Instituto de Geociências (IGEO), Universidade Federal do Rio de Janeiro, E-mail: ananetto@globo.com.
7 Programa de Engenharia Civil, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia - COPPE, Universidade Federal do Rio
INTRODUÇÃO
Este trabalho tem a finalidade de explorar os dados pluviométricos observados, em estações de registro automático, durante eventos catastróficos recentes ocorridos nas cidades de Nova Friburgo, Teresópolis e Petrópolis, com a finalidade de prospectar a abrangência e caracterização de eventos extremos de precipitação, de diversas durações, sob o ponto de vista da regionalização hidrológica, e dos desastres associados, com enfoque especial para a região da Serra do Mar.
A localização do estado do Rio de Janeiro em região tropical e próxima à superfície oceânica, em parte, explica a sua elevada pluviosidade. A atuação de sistemas meteorológicos como a Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) e mecanismos dinâmicos de massas de ar polares e oceânicas, associados à presença de fatores estáticos orográficos, proporcionados pela orientação SO/NE da Serra do Mar, completam o quadro favorável à ocorrência de chuvas intensas.
O relevo, de topografia bastante acidentada, da região serrana do Rio de Janeiro (RSRJ) é formada por rochas cristalinas do escudo brasileiro, fator que aumenta a turbulência do ar pela ascendência orográfica, favorecendo as precipitações. Em conjunto, os fatores dinâmicos e estáticos determinam o clima tropical úmido de altitude, com altos índices pluviométricos e temperaturas médias a baixas. Nas encostas íngremes, a pluviosidade média anual ultrapassa os 2.000mm, como nas cidades de Petrópolis e Teresópolis. A porção mais baixa das sub-bacias que drenam para o rio Paraíba do Sul apresenta amplitudes térmicas distintas de inverno e verão de um clima sub-úmido. Próximo aos municípios de Areal e São José do Rio Preto, a média pluviométrica decresce abruptamente para 1.300mm, e verificam-se períodos secos e déficits hídricos bastante pronunciados (Araujo et al., 2007). Os trimestres mais chuvosos na RSRJ são, em primeiro lugar, dezembro - janeiro - fevereiro, e, deslocando-se para leste, tomando-se a cidade do Rio de Janeiro como referência, novembro - dezembro - janeiro. Chegam a constituir, em média, 45% do total anual médio, 900mm dos 2.000mm. Nas regiões mais baixas, a pluviosidade do trimestre chega a 50% do total anual, 650mm dos 1.300mm. O mês mais chuvoso é janeiro, mas, deslocando-se um pouco para leste, este passa a ser dezembro (CPRM, 2011). As chuvas têm inicio em setembro, estendendo-se até abril, e o trimestre mais seco compreende junho - julho - agosto.
A RSRJ conta com 480.000 moradores permanentes (IBGE, 2010) e recebe uma população flutuante expressiva durante as férias de inverno e verão. Há poucos locais fora das áreas de risco, encostas susceptíveis a deslizamentos e planícies de inundação dos cursos de água, para acomodar essa população. O mapa de uso e cobertura vegetal do Zoneamento Ecológico Econômico do Rio de Janeiro (SEA, 2008) informa sobre a situação atual da ocupação na região. As áreas de risco do estado estão mapeadas, quanto à inundação iminente para os municípios de Petrópolis, Teresópolis e Friburgo (INEA, 2011), e quanto a deslizamentos está em desenvolvimento, por Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais (CPRM) e Departamento de Recursos Minerais (DRM/RJ), um mapa previsto em Brasil (2012).
OS DESASTRES MAIS RECENTES NA REGIÃO SERRANA
Pode-se considerar que o evento mais recente de chuvas intensas com desastres associados teve início na tarde do dia 17/03/2013 e desenvolveu-se em sua fase mais intensa até a madrugada do dia 19/03/2013. Como consequência, houve deslizamentos em Petrópolis, localizados na área
urbana central, atingindo mais fortemente a sub-bacia do rio Quitandinha. A Defesa Civil informou a ocorrência de soterramentos no Alto da Serra e nos bairros Independência, Dr. Thouzet e João Xavier. Ao todo, foram 18 vítimas fatais, e 560 pessoas ficaram desalojadas ou desabrigadas. Havia sirenes para alertar os moradores a sair de suas casas em áreas de risco. As sirenes foram acionadas 18 vezes na madrugada de 19/03 (O Globo, 2013). As estações pluviométricas do Alerta do Instituto Estadual do Ambiente (INEA/RJ) informam os índices pluviométricos acumulados a cada 15 minutos, em diversos locais no município, possibilitando o funcionamento das sirenes.
O desastre na RSRJ de 2011 é conhecido como um megadesastre, e seus números impressionam. Para a comparação com o evento de março de 2013, a Tabela 1 reproduz os números de 2011 para Nova Friburgo, Teresópolis, os dois municípios com maior número de vítimas, e Petrópolis. Em 2011, o desastre ocorreu em Petrópolis em outra localidade, igualmente populosa, conhecida como vale do Cuiabá, sub-bacia do rio Santo Antônio. A Figura 1 indica a localização dos dois eventos, de 2011 e 2013, e das 19 estações do Alerta INEA/RJ em Petrópolis.
Figura 1 - Rede de Alerta INEA/RJ e locais de ocorrência dos desastres - Petrópolis 2011 e 2013
Tabela 1 – Ocorrências registradas pela Defesa Civil do RJ em 12 de janeiro de 2011 na região serrana
Município Ocorrência Desalojados Desabrigados
Vítimas Parciais Vítimas Fatais Afetadas Edificações Danificadas
Nova Friburgo Escorregamentos ou Deslizamentos 4.528 789 3.509 429 0 0
Petrópolis Enxurradas ou Inundações Bruscas 6.956 187 267 71 50.000 1.516
Teresópolis Enxurradas ou Inundações Bruscas 9.110 6.727 555 388 0 0
Total 20.594 7.703 4.331 888 50.000 1.516
Fonte: adaptado de DGDEC (2011).
DADOS PLUVIOMÉTRICOS OBSERVADOS
A Figura 2 informa os índices de precipitação acumulada observados no mês de março de 2013 nas 19 estações do INEA do município de Petrópolis. Verifica-se que o mês foi especialmente
chuvoso, alcançando o total de chuvas esperado na região para o trimestre mais úmido. A precipitação foi mais intensa nas áreas mais altas do município, onde ocorreram os deslizamentos. No centro da cidade, os índices registrados foram inferiores, no entanto houve inundações pelo transbordamento dos rios devido à quantidade de chuva em suas cabeceiras de drenagem. O vale do Cuiabá, local de Petrópolis que mais sofreu com o evento de 2011, não registrou grandes volumes de chuva em março de 2013. É possível notar a grande intensidade do evento no período de 17/03/2013 à tarde até a madrugada do dia 19 /03/2013, na quase totalidade das estações. Ao longo do mês houve diversos outros eventos de menor duração, porém intensos, que aparecem como degraus no gráfico, como os dos dias 2, 6 e 9 de março, além de outros dois no final do mês, dias 22 e 27.
Figura 2 - Eventos de precipitação observados em 19 estações do município de Petrópolis em março de 2013
Os eventos chuvosos, nessa região, ocorrem com duração de horas a alguns dias. São durações importantes para desencadear deslizamentos, como 24 e 48 horas, principalmente, podendo durar até 96 horas. Ao longo de um evento podem ocorrer picos intensos de duração de 1 a 4 horas com totais que, às vezes, superam os índices médios mensais de muitos locais no estado. Há na literatura algumas recomendações para a individualização de eventos ao longo de um período chuvoso. Davis e Naghettini (2001) adotaram, como mínimo, o período de 6 horas antecedentes ininterruptas sem precipitação alguma para caracterizar o início de um novo evento. Araujo et al. (2011) adotaram o mesmo critério, que é também o considerado no presente trabalho. Oku e Nakkita (2013) já sugerem que um evento deve ser caracterizado por um período contínuo maior do que 3 horas, com chuva superior a 0,5mm/hora e nenhuma precipitação durante as 24 horas precedentes ao seu início nem posteriores ao seu término.
Para as 19 estações do INEA e três do INMET, foram construídos gráficos com os totais máximos das chuvas observadas para as durações 1, 2, 3, 4, 24, 43, 48, 72 e 96 horas, representados na forma de hietograma a ser lido no eixo secundário das ordenadas, juntamente com um gráfico de
Chuvas de 1 a 31 de março de 2013 - Petrópolis - Estações Alerta INEA
0 200 400 600 800 1000 1200 25/02/2013 00:00 02/03/2013 00:00 07/03/2013 00:00 12/03/2013 00:00 17/03/2013 00:00 22/03/2013 00:00 27/03/2013 00:00 01/04/2013 00:00 06/04/2013 00:00 P ( m m ) Estação Quitandinha Estação LNCC Estação Morin Estação Cel Veiga Estação Independência Estação Bingen Estação Alto da Serra Centro
Estação Barão do Rio Branco Itamarati Samambaia Itaipava Araras Capim Roxo Corrêas Bonfim Pedro do Rio Posse Cuiabá
linha com marcadores que indicam, no eixo principal, a data e a hora em que a altura máxima correspondente a cada duração foi atingida. Verificou-se, pelo critério de 6 horas para individualização de eventos, que, em muitas das estações, o evento principal durou 43 horas, aproximadamente, e ainda que os máximos das menores durações não ocorreram dentro desse evento principal. A intensidade mais importante ocorreu no período de 24h para a maioria dos locais. Os totais para as durações de 48, 72 e 96 horas já incorporam precipitações de fora do evento principal, ocorrências isoladas com espaçamento de mais de 6 horas sem precipitação. As Figuras 3 a 5 apresentam esses gráficos para as estações Quitandinha (INEA/RJ), Petrópolis (Pico do Couto - INMET) e Teresópolis (INMET).
Figura 3 - Evento de precipitação observado na estação Quitandinha (INEA/RJ)
Figura 4 - Evento de precipitação observado na estação Petrópolis (Pico do Couto - INMET)
Figura 5 - Evento de precipitação observado na estação Teresópolis (INMET)
22/03/2013 15:45 18/03/2013 00:00 15/03/2013 00:00 16/03/2013 00:00 17/03/2013 00:00 18/03/2013 00:00 19/03/2013 00:00 20/03/2013 00:00 21/03/2013 00:00 22/03/2013 00:00 23/03/2013 00:00 24/03/2013 00:00 1h 2h 3h 4h 14h 24h 43h 48h 72h 96h P ( m m ) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Estação Quitandinha 23/03/2013 19:00 18/03/2013 06:00 15/03/2013 00:00 16/03/2013 00:00 17/03/2013 00:00 18/03/2013 00:00 19/03/2013 00:00 20/03/2013 00:00 21/03/2013 00:00 22/03/2013 00:00 23/03/2013 00:00 24/03/2013 00:00 25/03/2013 00:00 1h 2h 3h 4h 14h 24h 43h 48h 72h 96h P ( m m ) 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0
Estação Teresópolis (INMET)
16/03/2013 00:00 17/03/2013 00:00 18/03/2013 00:00 19/03/2013 00:00 20/03/2013 00:00 21/03/2013 00:00 22/03/2013 00:00 1h 2h 3h 4h 14h 24h 43h 48h 72h 96h P ( m m ) 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0
Concluiu-se que as chuvas foram mais intensas junto ao divisor da Serra do Mar, na encosta voltada para o continente e mais para leste, considerando que Teresópolis (INMET) teve volume e distribuição semelhantes aos das estações Quitandinha, LNCC, Independência, Cel. Veiga, Bingen, Alto da Serra e Morin. Petrópolis (Pico do Couto - INMET), situada na borda oeste da bacia do Piabanha, apresentou menor volume de chuvas e distribuição mais uniforme no período. Para representar o evento de 2013, no município de Petrópolis, foi escolhida a estação Quitandinha (INEA/RJ), cujos índices para as durações 1, 14 e 24h são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Comparação dos índices dos eventos de janeiro de 2011 e março de 2013
duração (h) 1 14 24
Patamar chuva intensa (mm) => 25 47 55
Total do mês (mm) Total annual (mm) Ocorrido (mm) 90,3 360,8 458,8 969,5 2.000 intensidade (mm/h) 90,3 25,8 19,1
% do patamar chuva intensa 361% 768% 834%
% do total anual médio 4,51% 18,04% 22,94% 48,48%
TR Davis e Naghettini (2001) 34 476 * P e tr ó p o lis ( m a r 2 0 1 3 ) TR Otto Pfafstetter (1982). 51 * *
* os valores seriam superiores a 1.000 anos
Ocorrido (mm) 70,5 299,0 407,3 940 1.400
intensidade (mm/h) 70,5 21,4 17,0
% do patamar chuva intensa 282% 636% 740%
% do total anual médio 3,53% 14,95% 20,36% 67,14%
TR Davis e Naghettini (2001) 14 40 129 N o v a F ri b u rg o (j a n 2 0 1 1 ) TR Otto Pfafstetter (1982). 13 50 336
Com a finalidade de caracterizar a expressividade dos eventos, calcularam-se os tempos de retorno, ou de recorrência, das chuvas para as durações 1, 4 e 24 horas. Nessa estimativa, foram utilizados os estudos de chuvas intensas existentes e de maior abrangência espacial para o estado do Rio de Janeiro, apresentados em Pfafstetter (1982) e em Davis e Naghettini (2001). Pfafstetter (1982), que é uma reedição de estudo de 1957, apresenta equações válidas para 98 estações pluviográficas existentes na época em várias cidades do Brasil, sendo 21 delas no estado do Rio de Janeiro. A metodologia apresentou algum grau de regionalização quanto às distribuições de probabilidade, e os resultados são aplicáveis aos locais das estações e suas proximidades. Já os estudos de 2001 restringiram-se ao estado do Rio de Janeiro, com a avaliação de 44 estações, tendo algumas delas séries históricas maiores que as usadas nos estudos de 1957. Davis e Naghettini (2001) empregaram metodologia de análise regional, que definiu quatro regiões homogêneas no estado, para as quais foram estabelecidas as curvas intensidade-duração-frequência (IDF). Com as equações regionalizadas, é possível estimar a precipitação em qualquer ponto do estado, quase de forma contínua no espaço, com base nas isoietas totais anuais médias, pois o total anual é um parâmetro das equações.
A Tabela 2 apresenta as estimativas do tempo de recorrência (TR) para os eventos de 2011 e 2013 na RSRJ, obtidas com Pfafstetter (1982) e com Davis e Naghettini (2001). Tanto o local de desastre de 2011 em Nova Friburgo quanto o de 2013 em Petrópolis situam-se na região 2 de chuvas intensas de Davis e Naghettini (2001). Para o evento de 2013 em Petrópolis, os valores de TR calculados para a duração de 1 hora foram estimados em 34 e 51 anos, mostrando pouca divergência entre os resultados com as duas metodologias. Para 14 e 24 horas, os resultados com Pfafstetter (1982) são superiores a 1.000 anos, assim como para 24 horas com Davis e Naghettini (2001), o que não parece aceitável. Davis e Naghettini (2001) não recomendam extrapolar a curva IDF além de 100 anos, considerando a metodologia empregada e o tamanho dos históricos de dados
disponíveis até 1999. Pode-se, então, apenas dizer que o evento de março de 2013 em Petrópolis foi de fato extremo, com TR superior a 100 anos, como foi também o de 2011 em Friburgo.
CONCLUSÃO
O tamanho das séries de precipitação utilizadas para a determinação das curvas IDF é insuficiente para estimar chuvas com TR superior a 100 anos. A rede de monitoramento mais densa, presente hoje no estado, tem registrado eventos realmente extremos, mas, possivelmente, muitos outros eventos de tal magnitude já tenham ocorrido, de forma muito localizada, onde não havia monitoramento. Seria interessante atualizar os estudos de chuvas intensas incorporando os eventos críticos mais recentes e a maior representatividade espacial com as novas estações. Os eventos de chuvas intensas ao longo da Serra do Mar podem ter comportamento semelhante entre si, variando de um ano para outro apenas onde, exatamente, ocorrerão os maiores índices. A análise regional dos dados poderá confirmar isto e trazer maior confiabilidade às equações resultantes. Caso a Serra do Mar se caracterize como uma região homogênea para chuvas intensas, os eventos extremos observados resultarão com TR menores, demonstrando que são mais frequentes do que se podia supor até então. O estudo isolado das precipitações pontuais também pode distorcer os resultados pelas falhas que ocorrem, em especial, durante eventos intensos.
Para as chuvas na região, poderiam ser calculados índices como os dois propostos para classificar inundações em Kundzewicz et al. (2013): severidade e magnitude. Em uma analogia com esse trabalho, o TR dos eventos chuvosos representaria a severidade, e a sua magnitude poderia ser representada pelos danos causados, ou pelas zonas de risco mapeadas que teriam sido atingidas por chuvas em quantidade superior a um patamar estabelecido para fins de controle de deslizamentos, como os apresentados em Oku e Nakakita (2013). Os parâmetros associados à definição da magnitude, no caso do estudo de cheias, são a área inundada e o tempo de permanência da inundação. Por fim, a análise regional da precipitação na área estudada deve ser estruturada a partir de um referencial que inclua informações de radar meteorológico, de natureza espacial, com dados pontuais de estações pluviométricas para melhor quantificar o impacto da chuva no solo.
AGRADECIMENTOS
São dirigidos às agências de fomento CAPES, FAPERJ, CNPq e FINEP, que, por meio de suporte aos projetos PEC/COPPPE FAPERJ Edital 014/2010 (2010-2012), ao projeto FAPERJ Edital 19/2011 (2012-2014) e ao projeto FAPERJ – Processo E-26/103.116/2011 (2012-2014), e aos projetos PROSUL (Edital CNPq Nº 005/2007) e IME-PEC/COPPE – CAPES – Aux-PE-PRO-Defesa 1783/2008 (2008–2012), entre outros, estimulam o avanço científico-tecnológico brasileiro na temática que abrange o escopo desta pesquisa.
REFERÊNCIAS
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