Andreia Filipa Ferreira de Sousa
Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise da
precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação e
reanálise de episódios chuvosos extremos.
Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e
Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.
Inundações urbanas na cidade do Porto (2010-2014): Análise
da precipitação (dados EMA), limiares críticos de precipitação
e reanálise dos episódios chuvosos extremos.
Andreia Filipa Ferreira de Sousa
Dissertação realizada no âmbito do Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e
Ordenamento do Território orientada pelo Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes.
Membros do Júri
Professora Doutora Laura Maria Pinheiro de Machado Soares
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Professor Doutor Carlos Valdir de Meneses Bateira
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Professor Doutor António Alberto Teixeira Gomes
Faculdade de Letras - Universidade do Porto
Dedico esta dissertação aos meus pais, irmã, avós e
namorado pelo apoio constante.
Sumário
Agradecimentos………....… 5
Resumo………. 6
Abstract……….……… 7
Índice de figuras ... 10
Índice de tabelas ... 12
Lista de abreviaturas e siglas ... 13
Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de estudo ... 14
1.1. Justificação do tema ... 14
1.2. Objetivos ... 15
1. Enquadramento da área de estudo ... 15
1.4. Estrutura e Workflow da dissertação ... 16
1.5. Estado da Arte ... 18
1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas ... 18
1.5.2 Clima urbano ... 22
1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação ... 25
1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas ... 26
Capítulo 2 – Materiais e métodos ... 29
2.1. Estações meteorológicas usadas ... 29
2.1.1 Estações meteorológicas de controlo ... 34
2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados ... 35
2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014) ... 43
Capítulo 3 – Resultados ... 44
3.1. Dados ... 44
3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação ... 50
3.3. Reanálise das situações meteorológicas (eventos extremos) ... 59
Capítulo 4- Considerações finais ... 65
Referências bibliográficas ... 68
Anexos ... 74
Anexo 1 ... 75
Agradecimentos
A conclusão desta dissertação só se tornou possível, com a ajuda e incentivo prestados por algumas pessoas, a quem tenho de agradecer.
Ao meu orientador, o Professor Doutor Alberto Gomes, pela orientação, disponibilidade e apoio dado neste processo.
À Mónica Santos pela imprescindível ajuda dada para a concretização de uma parte deste trabalho, sem a qual não seria possível.
Um agradecimento ao meu grupo de trabalho, mas também de amigos: Diana Sousa, André Oliveira, Daniel Sousa, Mafalda Lopes e Marlene Costa pela amizade demonstrada, por todos os dias de trabalho passados na Mapoteca, pela ajuda e apoio que sempre me deram e que ajudaram-me a ultrapassar as muitas dificuldades que enfrentei para a concretização desta dissertação.
À minha família e namorado, pela paciência, apoio essencial e incentivo a terminar esta etapa da vida académica.
Resumo
São muitos os estudos feitos sobre as inundações que ocorrem em meio urbano, que têm como causa a precipitação, e são vários os fatores que podem estar associados ao seu desencadeamento.
Esta dissertação baseou-se no estudo das inundações urbanas na cidade do Porto que ocorreram do ano de 2010 até 2014, no seguimento do projeto “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou na criação de uma base de dados “InundaPorto” e que possibilitou a consulta das ocorrências registadas pelo Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto.
Numa fase posterior, com o objetivo de percebermos que episódios de precipitação originaram estas ocorrências na área de estudo, foram analisados os valores de precipitação horária que não faziam parte da base de dados, com recurso às estações meteorológicas automáticas que disponibilizam dados gratuitos e via online. Foram igualmente utilizados os dados disponíveis pelo Instituto Português do Mar e da Atmosfera para deste modo, ser possível testar se estas estações permitem a consulta de dados fiáveis.
Para sabermos a frequência com que estas inundações ocorrem na área de estudo, foram calculados os períodos de retorno e posteriormente os limiares críticos de precipitação, com o objetivo de obtermos os valores de precipitação que foram atingidos e que fizeram ultrapassar os limiares de precipitação, levando assim à ocorrência destes eventos.
Por fim, como forma de avaliarmos as situações meteorológicas que levaram ao desencadeamento dos eventos de inundação urbana, foram feitas reanálises de dois dias previamente escolhidos, recorrendo às anomalias registadas pelos dados disponibilizados pelo NCER/NCAR.
Os resultados permitiram perceber o impacto que estes eventos têm na cidade do Porto, os valores de precipitação que os originam, bem como os seus fatores desencadeantes. São um contributo para questões do ordenamento do território e para futuras investigações.
Abstract
There are many studies of floods occurring in urban areas, which are caused by rainfall, and there are several factors that may be associated with its onset.
This thesis was based on the study of urban flooding in Porto that took place from 2010 until 2014, following the project “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” that resulted in the creation of a database “InundaPorto” and made the consultation of the events recorded by the Battalion Fire Brigade of Porto possible. At a later stage, in order to realize which episodes of precipitation originated these occurrences in the study area, the hourly precipitation values that were not part of the database were analysed with the use of automatic weather stations that offer free data and via online. Also used the data available at the Portuguese Institute for Sea and Atmosphere and thus it was possible to test whether these stations allow the reliable data query.
To know how often these floods occur in the study area, the return periods were calculated and subsequently precipitation thresholds, in order to obtain precipitation values have been achieved and if they exceeded the critical thresholds of precipitation, thus leading the occurrence of such events.
Finally, in order to assess the weather conditions that led to the outbreak of urban flooding events, a reanalysis was made two days previously chosen, using the anomalies recorded by the data provided by NCER / NCAR.
The results allowed a further understanding of the impact that these events have in Oporto, the precipitation values that originate as well as their triggering factors. They are a contribution to regional planning issues and for future research.
Índice de figuras
Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha ( A) e Portugal
Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica ( C). ... 16
Figura 2- Workflow seguido nesta dissertação. ... 17
Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano ... 21
Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade ... 23
Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados... 30
Figura 6- Davis Vantage Pro 2. ... 32
Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless). ... 33
Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala ... 35
Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013) ... 36
Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013) ... 37
Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas automáticas. ... 38
Figura 12- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Abril de 2011 e Novembro de 2013... 41
Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Setembro e Dezembro de 2014 ... 42
Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros ... 46
Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros ... 47
Figura 16 Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -2014) ... 48
Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais (2010 -2014) ... 48
Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014).. ... 49
Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades acumuladas ... 51
Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014). ... 52
Figura 21- Regressão polinomial obtida com base nas combinações críticas, para as inundações urbanas ... 53
Figura 22- Intensidade de precipitação da combinação crítica quantidade-duração ... 54
Figura 23- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2013 e número de IU em igual período ... 56
Figura 24- Precipitação diária mínima necessária para ultrapassar os limiares críticos de precipitação que levam à ocorrência de inundações urbanas no ano de 2014 e número de IU em igual período ... 58 Figura 25- Base de dados online para a criação das reanálises ... 60 Figura 26- Valores de latitude e longitude escolhidos para representação de Portugal.. ... 61 Figura 27- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 20 de Março de 2010 às 6,12,18 e 0z ... 62 Figura 28- Reanálise da precipitação (anomalias) registadas no dia 8 de Janeiro de 2011 às 6,12,18 e 0z ... 64
Índice de tabelas
Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação ... 31 Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e verificação de dados ... 34 Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano. ... 39 Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014) ... 45
Lista de abreviaturas e siglas
20Cr- Twentieth Century Reanalysis α – Alfa
AMP- Área Metropolitana do Porto β- Beta
BD- Base de Dados
BSB- Batalhão de Sapadores Bombeiros
CAOP- Carta Administrativa Oficial de Portugal
CIRES- Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences CMP- Câmara Municipal do Porto
DPCCMP- Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do Porto EMA- Estações Meteorológicas Automáticas de superfície
ESRL- Earth System Research Laboratory Fi- Probabilidade Empírica
IPMA- Intitudo Português do Mar e da Atmosfera. ISEP- Instituto Superior de Engenharia do Porto IU- Inundações Urbanas
NOAA- National Oceanic and Atmospheric Administration NCAR- National Center for Atmospheric Research
NCEP- National Centers for Environmental Prediction PSD- Physical Sciences Division
PTA- Precipitações Totais Anuais PWS- Personal Weather Stations
SNIRH- Sistema Nacional de Informação de Recursos Hídricos UBL- Urban Boundary Layer
UCL- Urban Canopy Layer UV- Radiação Ultravioleta
Capítulo 1- Introdução/Enquadramento do tema e da área de
estudo
1.1. Justificação do tema
A presente dissertação surgiu no âmbito do projeto “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou duma parceria entre a Câmara Municipal do Porto (CMP), a Divisão de Proteção Civil da Câmara Municipal do Porto (DPCCMP) e o Departamento de Geografia da Faculdade de Letras da Universidade do Porto. Assim, foi criada para este projeto uma Base de Dados (BD), da autoria do aluno André Oliveira, a qual, comporta todos registos de 40 anos de inundações urbanas (1934-2014) registados pelo Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto (BSB), sendo de referir que os dados relativos à precipitação horária não constavam na BD. Neste seguimento, para esta investigação foram analisadas todas as ocorrências registadas pelos Sapadores do Porto relativas a inundações urbanas (IU).
Como forma de caraterizar a distribuição da precipitação na cidade do Porto e perceber os episódios de precipitação que originaram as IU na área de estudo, foram analisados os valores de precipitação nos dias compreendidos no intervalo temporal considerado (2010-14), recorrendo a dados gratuitos disponíveis em estações meteorológicas automáticas1, testando a
representatividade dos dados de precipitação para a cidade do Porto e a sua aplicabilidade na investigação das IU na cidade do Porto. Foram também calculados os períodos de retorno, os limiares críticos de precipitação e feita ainda uma reanálise de algumas situações meteorológicas que conduziram aos eventos de IU mais extremos.
Com esta dissertação pretende-se responder a algumas questões que vão de encontro aos nossos objetivos, BD/Inundações urbanas (2010-2014): Quais os valores extremos de precipitação? Será possível avaliar a representatividade dos dados de precipitação para a cidade? Quais os períodos de retorno das IU na cidade do Porto (2010-2014)? Quais os limiares críticos de precipitação que podem levar ao desencadeamento das IU? Quais os valores de anomalias associados à precipitação que resultaram das reanálises?
1.2. Objetivos
Um dos objetivos desta dissertação passa pelo estudo das inundações urbanas na cidade do Porto, fazendo uma relação entre a base de dados de ocorrências e os valores de precipitação recolhidos nas estações automáticas escolhidas (2010-2014), para obtermos assim os valores extremos que estão associados a estes eventos.
Como forma de avaliarmos a representatividade dos dados de precipitação para a cidade e o uso destes para uma investigação credível, foram adotadas metodologias que testaram a escolha mais eficaz das estações automáticas que disponibilizam os seus dados para consulta. Posteriormente foi feita uma confrontação gráfica e visual com os dados de estações meteorológicas próximas e oficiais pertencentes ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA).
Outro dos objetivos visa perceber os períodos de retorno que estão associados às IU e que ocorreram no intervalo temporal considerado, sabendo assim, de quanto em quanto tempo é que podem ocorrer estes eventos.
Sabermos quais são os limiares críticos de precipitação que podem levar ao desencadeamento das IU revela-se também importante.
Por fim, e usando alguns dos eventos mais extremos, foram analisados cenários provenientes das reanálises do NCEP/NCAR com o objetivo de verificarmos e confrontarmos os valores de anomalias associados à precipitação para alguns dos eventos mais significativos.
1. Enquadramento da área de estudo
A área de estudo desta dissertação é o concelho do Porto (figura 1), que integra a Área Metropolitana do Porto (AMP) que por sua vez é composta por dezoito concelhos: Amarante, Baião, Felgueiras, Gondomar, Lousada, Maia, Marco de Canaveses, Matosinhos, Paços de Ferreira, Paredes, Penafiel, Póvoa do Varzim, Santo Tirso, Trofa, Valongo, Vila do Conde e Vila Nova de Gaia.
A cidade teve o seu processo de desenvolvimento a partir da frente ribeirinha do Rio Douro, a linha de água mais importante, seguindo depois os vales dos seus tribuários (figura 1C) e áreas aplanadas do topo do território urbano atual (Freitas, 2010).
De acordo com Freitas (2010), em termos geomorfológicos este território caracteriza-se por áreas aplanadas, com altitudes que podem ir até cerca de 160 metros e vários afluentes do rio do Douro.
Figura 1- Enquadramento geográfico da área de estudo em relação a Espanha (A) e Portugal Continental (B) e seu contexto administrativo e rede hidrográfica (C).
1.4. Estrutura e Workflow da dissertação
No que concerne à estrutura desta dissertação ela encontra-se organizada em quatro capítulos. No primeiro capítulo é feita uma introdução, que inclui a justificação dos motivos que levaram à escolha deste tema para estudo; são apresentados os objetivos e questões fundamentais que com esta dissertação se pretendia dar resposta; é feito um enquadramento geográfico da área de estudo e foi ainda realizada uma revisão bibliográfica que resultou no estado de arte sobre os temas que foram alvo de estudo: as inundações urbanas, a influência do clima urbano, os tempos de retorno e limiares críticos de precipitação e ainda a reanálise das situações meteorológicas. No
segundo capítulo são apresentados os materiais e métodos utilizados, como é o caso das estações meteorológicas e os registos de inundações urbanas. Segue-se o terceiro capítulo que contem os resultados que foram obtidos da exploração dos dados, do cálculos dos períodos de retorno e dos limiares de precipitação e ainda das reanálises obtidas. Por fim, no quarto capítulo são expostas as considerações finais.
A figura 2 mostra o workflow seguido nesta dissertação, com objetivos essenciais que se pretendia dar resposta e as várias fases de trabalho até obtermos os resultados finais.
1.5. Estado da Arte
1.5.1 Considerações gerais sobre inundações/ inundações urbanas
É imprescindível que se faça uma distinção entre aquilo que se chama de cheia e de inundação, pois “ todas as cheias provocam inundações, mas nem todas as inundações são
devidas às cheias” (Ramos, 2005, p. 71).
A diretiva 2007/60/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 23 de Outubro de 2007, no que se refere à avaliação e gestão dos riscos de inundações, mencionam que as inundações correspondem à cobertura temporária da terra por água ainda que temporariamente, e que são um processo natural que não pode ser evitado, mas que existem fatores como os antrópicos, nomeadamente a fixação da população e atividades económicas nas planícies aluviais e as alterações em termos climáticos, que ajudam a que a probabilidade da sua ocorrência seja maior (Parlamento Europeu & Conselho da União Europeia, 2007).
As inundações são um risco natural do tipo climático e hidrológico (Ojeda, 1997; Zêzere et al., 2006) e podem ser consideradas processos extremos em termos hidrológicos, que resultam de fatores naturais ou humanos (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013). Variam muito e desencadeiam-se devido à submersão de áreas que normalmente estão emersas (Julião et. al, 2009; Ramos, 2013), ou seja, quando a água cobre um terreno (Ojeda, 1997). A cobertura dos terrenos por água pode dever-se também à subida do nível freático, bem como à sobrecarga dos sistemas de drenagem (Julião et al., 2009).
Quando ocorrem devido a fatores naturais, o fator mais significativo reside na concentração e abundância de precipitação, mas também no regime de escoamento, na morfologia das bacias, nos solos e na existência ou não de cobertura vegetal (Pereira & Ventura, 2004).
Por sua vez, quando resultam da ação humana, deve-se à “construção em planícies aluviais
que acelera a impermeabilização dos solos e, consequentemente, a modificação do regime hídrico natural” (Marafuz, 2011, p. 14) e obstrução à circulação da água e artificialização das
linhas de água (Pereira & Ventura, 2004). A crescente urbanização que se tem verificado de forma intensa leva ao “desaparecimento dos cursos de água, nomeadamente dos de regime temporário,
através da sua canalização subterrânea ou do seu entulhamento, sendo os antigos leitos fluviais ocupados por ruas, prédios e outro tipo de construções”, tal como aconteceu à cidade de Lisboa
uma localização próximo dos cursos de água (Rebelo, 2001) e consequentemente, a construção de habitações nos seus leitos de cheia, levando à existência de uma pressão urbanística (Lança, et al., 2014) e a extensas áreas impermeabilizadas (Portela et al., 2000). Assim, processa-se uma alteração dos usos do solo que influencia os espaços e a sua vertente natural (Gomes & Marafuz, 2013).
Neste contexto, Ramos (2013) considera que as inundações podem ter várias causas e por isso, podem ser de vários tipos: cheias ou fluviais, depressões topográficas, e podem ocorrer nas áreas costeiras ou urbanas.
No que diz respeito às inundações urbanas, visto serem o objeto de estudo nesta investigação, o Glossário Internacional de Hidrologia define-as como um resultado do aumento do nível da água derivado da ocorrência de precipitações, que devido à incapacidade dos sistemas de drenagem naturais e artificiais, ficam acumuladas (Glossário Internacional de Hidrologia).
As inundações urbanas são caracterizadas por uma resposta rápida (Montesarchio, et al., 2011), são imprevisíveis (Cunha et al., 2012) , a pluviosidade é considerada a causa mais importante (Ramos, 2013) e ocorrem em tecido urbano impermeabilizado (Oliveira & Ramos, 2002).
De acordo com Ramos (2013), as chuvas que levam à ocorrência das IU podem ser contínuas e prolongadas, podendo ou não haver uma elevada intensidade, ou caracterizaram-se pela sua concentração em termos temporal e espacial e pela forte intensidade em ambiente urbano. Para Rebelo (2001), as IU estão relacionadas sobretudo com a ocorrência de episódios de chuvas intensas em pouco tempo, podendo desencadear-se em horas ou apenas minutos (Julião et al., 2009; Ramos, 2013). Chuvas intensas aliadas à impermeabilização do solo levam a um forte escoamento superficial, a uma sobrecarga dos sistemas de drenagem das águas pluviais/residuais bem como a uma incapacidade de escoamento destes (Bichança, 2006; Oliveira & Ramos, 2002; Ramos, 2013; Soares et al., 2005) e à subida do nível freático, quer natural, quer artificial (Ramos, 2013). Segundo Julião et al. (2009, p.55), as inundações ocorrem devido ao fato de haver uma “sobrecarga dos sistemas de drenagem urbanos, a sua identificação deve considerar a área de
acumulação potencial do escoamento, a topografia , a malha urbana e a capacidade de vazão desses sistemas”.
As inundações que ocorrem em meio urbano são frequentemente um problema (Lança et al., 2014), que pelo seu carácter podem ser perigosas, dependendo da magnitude, como é o caso da altura da coluna de água, caudal, velocidade e a frequência com que acontecem (Ramos, 2013).
O seu perigo é real, quando existem elementos que se encontram expostos, tal como pessoas, atividades económicas, equipamentos e propriedades (Ramos, 2013; Soares et al., 2005; Zêzere et al., 2006), podendo causar prejuízos económicos (Barrera et al., 2006). Ao nível dos danos, as IU que resultam de um ineficaz sistema de escoamento das água pluviais podem acarretar danos significativos, mas “o nível das águas não ultrapassa algumas dezenas de centímetros, afetando
pisos térreos, caves e infraestruturas” (Pereira & Ventura, 2004, p. 2).São um motivo de
preocupação para as pessoas assim como para quem é encarregue da sua monotorização (Gomes & Marafuz, 2013).
Em meio urbano perceber a intensidade da precipitação é fundamental no estudo das IU para saber quantas e onde ocorrem (Brandão et al., 2001), sendo que ocorrem maioritariamente nos meses de Inverno (Dezembro, Janeiro e Fevereiro) (Santos et al., 2014) .
Velhas (1997) desenvolveu uma investigação relativa às cheias na cidade do Porto, com o uso de dados dos Bombeiros Sapadores da cidade do Porto de Novembro de 1995 a Janeiro de 1996 relativos a ocorrências de inundações das áreas marginais e linhas de água, alagamentos ou inundações de locais como os edifícios e caves. Nos locais onde os bombeiros ocorreram mais, as inundações aconteceram em pequenos cursos de água, que levaram a um aumento do escoamento em locais de baixa cota juntamente com nem sempre eficazes sistemas de drenagem (Velhas, 1997).
Ojeda (1997) defende que o grau de inundação nas cidades é influenciado por inúmeros fatores como a sua localização relativamente aos cursos de água, topografia e morfologia da área, impermeabilização dos terrenos e as caraterísticas dos sistemas de drenagem. Defende que podem haver inundações urbanas endógenas e exógenas, sendo que no primeiro caso devem-se à urbanização que produz mudanças no ciclo hidrológico, enquanto as exógenas desencadeiam-se a montante e afetam o sistema fluvial existente na cidade (Ojeda, 1997). As IU mais graves são as que resultam de uma combinação entre a inundação de um rio (exógena) com episódios de precipitação intensa diretamente sobre a cidade (endógena) (Ojeda, 1997).
Oliveira & Brito (2002), num dos estudos sobre as inundações urbanas na cidade de Lisboa, referem que no caso desta cidade quando o volume de água é pequeno, podem haver na mesma perturbações por exemplo na circulação metropolitana e automóvel. No caso de inundações cuja magnitude é superior, a altura da água é maior e podem provocar maiores danos (Oliveira & Ramos, 2002).
No trabalho de Pedrosa & Pereira (2006) onde são abordadas as IU na cidade de Matosinhos, havia como objetivo perceber que fatores levam ao desencadeamento das IU recorrendo a dados do Comando Distrital de Operações de Socorro do Porto (1999-2005) e visitas aos locais. Concluíram entre outros fatores, que a influência da urbanização sobre os processos de drenagem leva a uma impermeabilização do solo e a uma consequente construção em locais ocupados por linhas de água (Pedrosa & Pereira, 2006).
Avaliar o risco à ocorrência de inundações urbanas pode ser uma tarefa desafiante, pois como esta representado na figura 3, em meio urbano há uma interação complexa entre os processos naturais e os artificiais, sendo que alguns são visíveis apenas à escala local (Dawson et al., 2008).
Figura 3- Interação entre processos naturais e artificiais em meio urbano (Adaptado de Dawson et al., 2008, p. 276).
1.5.2 Clima urbano
As observações meteorológicas que são realizadas em meio urbano têm aumentado, com o objetivo de representarem mais detalhadamente o ambiente urbano e de serem obtidos e fornecidos dados meteorológicos para as necessidades dos usuários (Oke, 2004).
Para Oke (2004), deve existir uma definição das escalas em termos espaciais e temporais, visto que a localização das estações meteorológicas e a exposição dos instrumentos utilizados variam.
A heterogeneidade que rodeia o ambiente típico do meio urbano condiciona as observações a uma escala local, que podem ou não ser repetidas, pois cada local tem as suas próprias caraterísticas (Oke, 2004).
São três as escalas que influenciam as estações urbanas: microescala, escala local e ainda numa mesoescala, tal como é demonstrado pela figura 4, onde são visíveis também as interações entre os componentes atmosfera, oceano, terra e biosfera (Oke, 2004; Shepherd, 2005).
Ao nível da microescala, a temperatura quer da superfície, quer do ar variam em graus e as escalas existentes estão relacionadas com as dimensões por exemplo dos edifícios, estradas, árvores e jardins. Dados obtidos a partir desta escala, podem ser usados para saber tendências que escalas maiores possuem (Oke, 2004).
A escala local é aquela que é monitorizada pelas estações climáticas, onde há uma influência por exemplo das coberturas de edifícios, espaçamentos existente entre eles e atividades desenvolvidas (Oke, 2004). As áreas urbanas implicam logicamente a existência de atividade humana, e apesar disso acontecer a uma escala local, os seus efeitos têm uma repercussão global, como é o caso da alteração da composição atmosférica, do ciclo do carbono, ecossistema e também do ciclo da água (Shepherd, 2005).
Por sua vez na mesoescala, a cidade influencia o estado de tempo e o clima numa extensão que se estende à cidade toda. Uma única estação não consegue representar esta escala (Oke, 2004). A figura 4 representa também a Urban Boundary Layer (UBL) que pode ser definida como a “atmosfera urbana superior ou camada limite urbana” , bem como a Urban Canopy Layer (UCL) que diz respeito à “atmosfera urbana inferior” (Panão et al., 2006, p. 52). A UBL é em meio urbano mais complexa do que em áreas rurais (Piringer et al., 2002), e apesar de se encontrar ao nível acima da linha limite, existe ainda influencia do meio urbano e fenómenos em termos temporais e espaciais de escalas superiores (Panão et al., 2006). Por sua vez, a UCL é composta pelas ruas e outros elementos que fazem parte da rugosidade (Piringer et al., 2002), extende-se
até ao limite dos edifícios mais altos e há a influência de processos em que há transmissão de energia e massa (Panão et al., 2006).
As interações presentes na figura 4 não se aplicam numa cidade como o Porto, por diversos fatores.
Figura 4- Escalas de análise das influências e contextos meteorológicos na cidade (camadas verticais e escalas (Adaptado de Shepherd, 2005, p. 3).
O clima urbano de uma cidade está relacionado com as próprias características do meio urbano (Panão et al., 2006) e pode ser definido de acordo com Beck et. al, (s/d, p.1) como “a área
de influência que uma cidade tem, capaz de modificar e criar condições adversas na atmosfera local”.
Como refere Shepherd (2005), a urbanização que se tem verificado e o seu provável aumento no futuro, leva não só a mudanças nos usos do solo mas também em termos da escala global, como as possíveis alterações do sistema climático em parâmetros como a temperatura.
Muitos são os estudos feitos sobre as alterações climáticas, que podem dever-se a processos internos ou devido à ação humana (Teegavarapu, 2012), tal como os feitos pelo
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), um organismo científico internacional que
avalia informações sobre o impacto que estas alterações têm a nível social e socioeconómico (Edenhofer et al., 2014).
Amorim (2000) citado por Beck et al. (n.d) refere que as mudanças climáticas causadas pelo ambiente da cidade influenciam a qualidade do ar, levam a que o número de inundações urbanas aumentem através do desencadeamento de precipitação intensas, à formação de ilhas de calor e muitos outros fatores que influenciam a qualidade de vida da população (Beck et al., n.d). A modificação topoclimática em meio urbano e a consequente formação das ilhas de calor que surgem e caracterizam as cidades, podem dever-se a muitas causas como a substituição de superfícies naturais por artificiais (Beck et al., n.d; Shepherd, 2005). As propriedades térmicas são bem diferentes e levam a que haja um armazenamento da energia solar sob a forma de calor sensível (Shepherd, 2005); uma maior absorção da radiação, sendo que estes processos de absorção são maiores em meio urbano (Beck et al., n.d; Rego & Barros, 2014); menor capacidade de albedo (reflexão) (Beck et al., n.d); pouca área coberta de vegetação e ainda uma impermeabilização dos solos devido entre outros fatores, à construção de edifícios que leva a um forte armazenamento de calor (Beck et al., n.d). Como referem Rego e Barros (2014), a substituição por superfícies artificiais leva ainda a mudanças na temperatura e humidade do ar e ainda no vento e na precipitação.
A precipitação tem uma grande importância no ciclo da água e nas mudanças que pode haver em termos climáticos e por isso, o estudo que o impacto do ambiente urbano tem na precipitação é importante (Shepherd, 2005). Chove mais na cidade do que em áreas circundantes, devido à criação de células de baixas pressões que aparecem em virtude do aquecimento que ocorre de forma diferente em várias áreas e leva a que o vento gire em torno destas células (Beck et al., n.d).O efeito que as áreas urbanas têm na chuva de maior intensidade ainda que seja difícil comprovar, deve ter sido em conta pois há a possibilidade de haver uma sobreposição de efeitos locais e globais (Xavier et al., 1994).
As mudanças climáticas encontram-se relacionadas com os eventos extremos de inundação bem como a sua variabilidade, por isso, é importante que a frequência, magnitude e duração dos eventos sejam definidas (Teegavarapu, 2012).
Existem estudos que defendem uma possível influência dos campos térmicos da cidade e da poluição na precipitação, ainda que sem sempre estes sejam de fácil compreensão e aceites (Xavier et al., 1994). Estes estudos não podem ser conclusivos em virtude da precipitação não ter uma distribuição uniforme, devido à modificação das camadas de ar adjacentes à superfície terrestre, que levam à criação de perturbações e posteriormente ao aumento das áreas convectivas (Beck et al., n.d).
1.5.3 Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação
Um dos objetivos desta investigação passou por entender com que frequência ocorrem as IU na cidade do Porto e quais os limiares críticos de precipitação, a partir do qual ocorrem estes eventos.
Em meio urbano, a informação relacionada com a intensidade da precipitação, frequência e duração das chuvadas são importantes para uma melhor perceção das inundações que afetam a cidade e os locais onde ocorrem (Brandão et al., 2001).
Os dados de precipitação têm a vantagem de serem adquiridos com certa facilidade e a baixo custo para áreas de maior dimensão, sendo que se estes tiveram uma distribuição densa a nível espacial, os limiares têm uma boa resolução a este nível (Pereira, 2009; Pereira et al., 2009). Estes, ao serem ultrapassados podem desencadear um determinado evento (Vaz et al., 2013).
Pereira (2009) defende que existem limitações em termos práticos para a definição dos limiares, nomeadamente a nível da informação que tem que ter qualidade, resolução temporal, bem como, um número de anos suficientemente longo.
Os limiares críticos de precipitação determinam a quantidade de precipitação num certo período de tempo, o que leva a um aumento do caudal de uma determinada secção transversal de um rio (Montesarchio et al., 2009; Montesarchio et al., 2011).
Nos limiares calculados com base na intensidade e duração, podem existir diferenças em áreas próximas, em termos geográficos (Pereira, 2009), pois mesmo que as condições de tempo sejam idênticas, não chove de forma igual em todas as áreas da cidade (Rebelo, 2001).
Para que seja calculado o período de retorno de um fenómeno em específico é necessário que os dados a usar abranjam um período razoavelmente longo, para que os resultados sejam conclusivos (Rodrigues, 2009).
Saber o período de retorno ou a probabilidade de ocorrências das inundações é de extrema importância, uma vez que possibilita saber a probabilidade com que ocorrem e qual a sua frequência (Ramos, 2013). Pereira & Ventura (2004, p.2) afirmam que “A gravidade da
inundação está diretamente relacionada com o período de retorno”. Os períodos de retorno
revelam-se importantes, pois mostram a frequência com que a população tem de estar preparada para a ocorrência de eventos (Ascenso & Zêzere, 2013). Segundo Andrade et al. (2006) o período de retorno esta relacionado com a probabilidade de uma inundação de certa magnitude se repetir, em que é definido o número médio de anos existente entre duas inundações de idêntica magnitude. O uso dos limiares para o contexto de deslizamentos de terra e previsão de fluxos de detritos é comum, mas existem poucos estudos que utilizaram os cálculos dos limiares de precipitação com o intuito de prevenção e criação de sistemas de alerta para a ocorrência de cheias e inundações (Montesarchio et al., 2009).
1.5.4 Reanálise das situações meteorológicas
As primeiras fases para a concretização da “reanálise” surgiram por parte de Brandes em 1819 e foram realizadas manualmente (Sørensen, 2012).
A partir de então, mapear as observações meteorológicas foi de extrema importância para o tempo e investigação do clima e muitos foram os projetos de reanálise realizados (Compo et al., 2011). Contudo, até perto do século XX estes métodos eram subjetivos, pois as características meteorológicas eram dadas por um meteorologista (Compo et al., 2011). Mais tarde com o método de assimilação de dados é que começam a ser criados diariamente mapas sinóticos pelos centros meteorológicos (Daley (1991) citado por Compo et al. (2011)).
A estimativa do estado da atmosfera num determinado momento, resulta do cálculo de uma média ponderada através de um modelo de previsão numérica do tempo, feita a partir de várias plataformas de medição como pode é o caso das estações meteorológicas, navios e boias (Compo et al., 2011). Se por um lado, estas análise sinóticas revelam-se importantes, por outro têm uma utilidade limitada, em virtude da variabilidade artificial que resulta das mudanças nos métodos de assimilação, sistemas e no modelo de previsão (Bengtsson & Shukla, 1988). Isto, levou à utilização de um sistema de assimilação de dados fixo, bem como o modelo de previsão numérica para evitar assim as variabilidades (Bengtsson & Shukla, 1988; Thorne & Vose, 2010).
As reanálises permitem a existência de dados suficientemente longos e sem falhas em qualquer local (Pinto et al., 2006). Apesar de resultarem de dados de observação, estas estão dependentes do modelo usado (Trigo et al., 2004).
Estes conjuntos de dados a longo prazo podem ser um recurso muito importante para a comunidade de investigação a nível climático, nomeadamente, para validações de modelos climáticos e estudos de diagnóstico (Compo et al., 2011).
A Divisão de Ciências Físicas (PSD) pertencente ao Laboratório de Pesquisa do Sistema Terrestre (ESRL) realiza investigação sobre o tempo e o clima2. Tem o objetivo de perceber o
ambiente físico que caracteriza a terra e contribuir com avaliações e previsões meteorológicas de curto prazo, bem como com previsões climáticas a longo prazo (Compo et al., 2011).
As reanálises ou também chamadas de análises retrospetivas resultaram da criação de um leque de dados climáticos em virtude de ação conjunta do National Centers for Environmental
Prediction (NCEP) com o National Center for Atmospheric Research (NCAR) e tiveram início
em 1948 (Compo et al., 2011). As séries disponibilizadas pelo NCEP/NCAR são alvo de estudo de trabalhos que descrevam as condições gerais da atmosfera ou análise de áreas isoladas (Pinto et al., 2006).
O projeto “Twentieth Century Reanalysis (20Cr)” foi criado a nível internacional para produzir mais tarde uma segunda versão das reanálises (20CRv2) e resulta de um esforço por parte do ESRL e da PSD, em conjunto com o Instituto Corporativo para a Pesquisa em Ciências Ambientais (CIRES) da Universidade do Colorado (Physical Sciences Division) com o objetivo de criarem dados que resultem da observação, relativos à circulação atmosférica global desde o século XX, e com certezas quantificadas para possíveis validações de simulações de modelos climáticos (Compo et al., 2011).
A análise global efetuada realiza-se a cada 6 horas de acordo com o provável estado da atmosfera, recorrendo ao método Ensemble Kalman Filter que consiste num método de assimilação de dados em conjunto, em que as comparações feitas com radiossondas indicam que as reanálises obtidas são de elevada qualidade (Compo et al., 2011).
Os dados do NCEP/NCAR podem ser aplicados para diferentes objetivos e metodologias, consoante o uso que os utilizadores querem dar aos dados.
Trigo et al. (2004) utilizaram os dados de reanálise para um período de 39 anos (1958-1997), como de forma de atualizar conclusões de outros autores e contribuir para diferentes
resultados. Tinham como objetivo fazer uma caracterização a nível global dos impactos climáticos de bloqueio e episódios de fluxo nos setores euro-atlântico, recorrendo à análise das anomalias de diferentes varáveis.
No trabalho de Bernardo & Molion (2012) foi feita uma análise comparativa entre os totais mensais de precipitação já observados e a estimação feita pela reanálise para o Nordeste Brasileiro. Os resultados mostraram que existe uma relativa coincidência, ainda que os dados da reanálise tendem a mudar por exemplo os picos de precipitação, diminuindo-os, e a aumentar os mínimos (Bernardo & Molion, 2002).
Num outro estudo a variação existente da precipitação foi estudada em relação a planícies dos Estados Unidos, com recurso às séries do NECP/NCAR que viriam a ser caracterizadas como mais idênticas à realidade quando comparados com dados obtidos de uma reanálise regional (CPTEC)(Barradas & Nigam, 2005).
Capítulo 2 – Materiais e métodos
2.1. Estações meteorológicas usadas
As observações meteorológicas surgiram praticamente no final do século XVII, mas pelo facto de haver um crescente interesse dos fenómenos que lhe estão inerentes, evoluíram consideravelmente a partir do século seguinte (Marques et al., 2014).
O estudo da precipitação é importante, sobretudo quando aplicado aos riscos hidrogeormofológicos, como é o caso das inundações urbanas e do ordenamento urbano (Ganho, 2009).
Neste estudo foram utilizadas diferentes estações meteorológicas que permitissem uma caraterização pluviométrica da área de estudo, para ser possível assim, aplicar a metodologia pretendida, que estas cobrissem uma série temporal importante, não existissem falhas de dados e fosse ainda possível testar a representatividade destes.
As estações meteorológicas que fornecem dados gratuitos e que serviram de referência para um levantamento dos valores de precipitação registados e consequentemente para um cálculo dos limiares críticos de precipitação foram as que se apresentam na figura 5, i. é. , a estação meteorológica da Serra do Pilar e as estações automáticas de Lordelo do Ouro, Leça da Palmeira e ainda a do Instituto Superior de Engenharia (ISEP). A escolha destas prende-se com a proximidade à área de estudo e ainda que tenham localizações diferentes, representam as condições meteorológicas da área de estudo.
Figura 5- Estações meteorológicas utilizadas para tratamento dos dados.
A tabela 1 mostra as estações de referência para o tratamento de dados e informações importantes relativamente a cada uma delas.
Apresentam informação disponível para diferentes períodos de tempo, sendo que apenas foram utilizados dados dos anos pretendidos.
No que diz respeito à estação meteorológica da Serra do Pilar, o período de funcionamento teve início a partir de 1885 até ao ano de 2005, sendo que mais tarde, a 1 de Julho de 2009 retomou atividade com a sua integração na rede nacional de EMA (Fontes, 2010). Por sua vez, as PWS referidas foram implementadas em anos mais recentes: a de Leça da Palmeira disponibiliza dados partir de 2008, Lordelo do Ouro de 2009 e por fim, a estação do ISEP desde o ano de 2010.
Para o cálculo dos limiares de precipitação, na estação da Serra do Pilar a análise temporal foi de 1932 até ao ano de 2005, enquanto para as estações automáticas/locais disponíveis via
online, a análise realizou-se de 2010 até 2014, pelo fato de nos anos anteriores haver falha de
pelo BSB do Porto, foram usados somente os dados das estações automáticas de 2010 ao ano de 2014.
Tabela 1- Estações meteorológicas usadas para os dados de precipitação. Fontes: (Weather Underground) e (SNIRH).
As estações do ISEP, Leça da Palmeira e de Lordelo do Ouro utilizam diferentes sensores, logo diferentes hardwares tal como é visível na tabela 1. As figuras 6 e 7 mostram duas estações meteorológicas que podem ou não ter fios, com tipos de sensores diferentes: o Davis Vantage Pro
2 e Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless), sendo que o que os distingue é o fato de a que está
representado na figura 7 incluir um sensor de radiação solar e ultravioleta (UV). Estas estações têm em comum um pluviómetro, sensores de temperatura e humidade, um anemómetro e ainda o painel solar (Davis Instruments, 2015).
3 http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA71,
acedido em Abril de 2015.
4
http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTUGA11#history/s20130928/e20130928/mdaily, acedido em Abril de 2015.
5
http://portuguese.wunderground.com/personal-weather-station/dashboard?ID=IPORTOPO4#history/s20140918/e20140918/mdaily, acedido em Abril de 2015.
6 (Fontes, 2010)
7 Sem dados disponíveis. Nome da
estação Latitude Longitude
Altura
(metros) Hardware Software
Período de anos ISEP3 N 41° 10 ' 42 '' W 8 ° 36 ' 24 '' 109.1 Davis Vantage Pro2 Plus (Wireless) wview-5.21.7 2010-2015 Leça da Palmeira (Sardoal) 4 N 41° 11' 40 " W 8° 42' 13" 9.1 DAVIS Cumulus v1.9.4 2008-2015 Lordelo do Ouro5 N 41 ° 9 ' 22 '' W 8 ° 39 ' 45 '' 70.1 Davis Vantage Pro 2 WeatherD isplay:10. 37 2009-2015 Serra do6 Pilar N 41° 8' 19.22" W 8° 36' 9.66" 93 -7 -8 1885-2005 2009-presente
Figura 6- Davis Vantage Pro 29.
Figura 7- Davis Vantage Pro 2 Plus (Wireless)10.
As estações automáticas permitem ainda a consulta, além da precipitação instantânea (cada 5 minutos) e em valor acumulado, de outros parâmetros tal como a temperatura, ponto de orvalho, humidade, velocidade, rajada e direção do vento e da pressão. Para algumas estações, é possível ainda obter dados da radiação solar e do índice ultravioleta.
2.1.1 Estações meteorológicas de controlo
De acordo com Kalnay et al. (1996) citador por Kistler et al. (2001) a precipitação é uma das variáveis que deve ser utilizada com restrições e comparada com outros dados.
As estações meteorológicas de controlo foram usadas com o intuito de testar a representatividade dos dados provenientes das estações locais escolhidas e perceber se estes podem ser aplicados à investigação da precipitação local.
Assim, foram usados os dados disponibilizados pelo IPMA, referentes às estações de Pedras Rubras, Serra do Pilar e S. Gens (tabela 2), desde o ano de 2010 até 2014 com o objetivo de comparar aos resultados obtidos pelas estações locais para igual período, em termos gráficos e numéricos.
Tabela 2- Estações meteorológicas (oficiais) automáticas de superfície usadas na comparação e verificação de dados (Fonte: IPMA).
Nome da estação
Tipo Distrito Latitude Longitude Altura (metros) Data de início Porto- Pedras Rubras EMA I Porto 41° 14' 8° 40' 63 01/01/1996 Serra do Pilar- V. N. Gaia EMA Porto 41° 08' 8° 36' 93 01/07/2009
Porto- S.Gens EMA Porto 41° 18' -8 ° 65' 83
-11
As estações meteorológicas que fazem parte da rede nacional de Estações Meteorológicas Automáticas (EMA) de superfície encontram-se ativas desde Junho de 2002 pelo antigo IM e são um total de 93 EMA. A contagem dos dados é feita de 10 em 10 minutos, a uma escala horária e tratada na sede do IM, atual IPMA (Fontes, 2010; Instituto Português do Mar e da Atmosfera).
Como demonstra a figura 8 o sensor utilizado nestas estações é o DRD11 da Vaisala que deteta de forma rápida e precisa do início ao fim do episódio de precipitação, baseando-se nas gostas de chuva (Instituto Português do Mar e da Atmosfera).
11 Sem dados disponíveis.
Figura 8- Sensor DRD11 da Vaisala. Fonte
https://www.ipma.pt/pt/educativa/observar.tempo/index.jsp?page=ema.detector.xml.
2.2. Exploração/ fiabilidade dos dados
A exploração dos dados das estações meteorológicas do ISEP, Leça da Palmeira e de Lordelo do Ouro foi realizada via online, onde foi possível a consulta e o levantamento dos dados de precipitação pretendidos. A consulta pode ser feita aos dados diários, semanais, mensais, anuais ou ainda adotar os critérios à escolha do utilizador. É possível ainda obter os dados em forma de tabela (figura 9) ou de gráfico, como está representado na figura 10.
Figura 9- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em tabela (Setembro de 2013) Fonte: (Weather Underground).
Figura 10- Vista mensal da estação meteorológica de Lordelo do Ouro em gráfico (Setembro de 2013). Fonte: (Weather Underground).
No que concerne ao período de anos disponível por cada uma das estações automáticas, a que dispõe de dados mais antigos é a de Leça da Palmeira desde 2008, seguido da estação de Lordelo do Ouro (2009) e a do ISEP com mais recentes, 2010.
Inicialmente o objetivo passou pelo tratamento de dados a partir do ano de 2009, contudo existiam valores que estavam em falta para este ano nas estações referidas. Posto isto, foi definido como período de estudo de 2010 ao ano de 2014.
A recolha dos dados foi realizada na vista mensal nas estações de referência, como forma de obter assim a precipitação acumulada máxima diária para cada dia, e posteriormente tratados em ambiente Excel.
A precipitação é uma das variáveis em que o ato de observar enfrenta mais dificuldades, devido a fatores como erros instrumentais, relativos à exposição bem como à sua localização
(Molion & Bernardo, 2000). Bernardo & Molion (2002) referem que estes são erros de medida e que para além destes, existem outros derivados das próprias estações, como é o caso das falhas.
Conforme o demonstrado pela figura 11, ao longo do levantamento foram encontrados alguns problemas nos dados fornecidos pelas estações. Nem sempre existiam dados para todos os dias; alguns dias tinham valores em falta; existiam tempos de contagens diferentes, pois nem sempre eram realizadas de 5 em 5 minutos e alguns valores podem ser considerados “extremos”, pois eram bem superiores aos registados no mesmo dia.
Figura 11- Problemas encontrados na recolha dos dados nas estações meteorológicas automáticas.
Como forma de evitar e ultrapassar estes problemas levantados aquando da consulta dos dados, foi feita uma alternância entre as estações, escolhendo sempre aquela que se revelava mais completa e eficaz, evitando os problemas encontrados e de forma a haver dados para o período de anos escolhido.
Analisando a tabela 3, é evidente que se destaca a estação de Lordelo do Ouro como aquela que foi a mais utilizada. É notório que das estações meteorológicas consultadas, foi a que se
Problemas
Dias com valores em falta; Tempos de contagens diferentes; Valores "extremos". Dias sem dados;mostrou mais completa e que foram poucos os meses em que esta estação não continha dados. É de referir que durante cada mês foi usada sempre a mesma metodologia, ou seja, sempre a mesma estação, para que a acumulada mensal resultante estivesse relacionada com apenas uma única estação.
Tabela 3- Estações meteorológicas usadas por mês/ano.
Depois de percebermos que é a estação de Lordelo do Ouro a mais completa e como forma de verificar e testar a sua fiabilidade, foi feita uma comparação visual relativamente aos dados disponíveis pelo IPMA, um organismo público que se apresenta como o responsável por tudo que se relaciona pelo mar e atmosfera (IPMA).
2010 2011 2012 2013 2014 Janeiro Leça da Palmeira Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro
Fevereiro ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro
Março ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro
Abril ISEP Lordelo do
Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Maio Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Junho Lordelo do Ouro Leça da Palmeira Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Julho Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Leça da Palmeira Agosto Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Setembro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Outubro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Novembro Lordelo do Ouro Leça da Palmeira Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Dezembro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Lordelo do Ouro Leça da Palmeira Lordelo do Ouro
As figuras 12 e 13 representam a comparação anteriormente mencionada para os meses de Abril de 2011 e Novembro de 2013, bem como para Setembro e Dezembro de 2014, respetivamente. As datas foram escolhidas de forma aleatória, os gráficos têm representado a precipitação acumulada diária e mensal, sendo que no caso dos gráficos pertencentes ao IPMA contêm ainda uma média que não fez parte desta investigação e como tal, não faz parte dos gráficos. Os valores utilizados dizem respeito à estação de Lordelo do Ouro, pelos motivos já mencionados, também para comprovar a sua fiabilidade e de uma forma mais geral, a das outras estações.
Assim, as figuras permitem verificar que os dados recolhidos nas estações meteorológicas são fiáveis e que existem inúmeras semelhanças nos valores registados pela estação e as usadas pelos IPMA, nomeadamente a de Serra do Pilar, Pedras Rubras e S.Gens.
Figura 13- Comparação de valores entre os dados registados pela Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e a de Pedras Rubras e Serra do Pilar (ambas do IPMA) em Setembro de 2014 e Dezembro de 2014, respetivamente. Fonte: (Weather Underground) e (IPMA).
2.3. Ocorrências de inundações urbanas (2010-2014)
O levantamento das ocorrências de inundações urbanas foi realizado no âmbito do projeto “Estudo para a identificação de áreas suscetíveis a serem afetadas por cheias urbanas na Cidade do Porto” que resultou numa parceria entre a CMP, o DPCCMP e o Departamento de Geografia da Faculdade de Letras da Universidade do Porto ao qual resultou na criação da base de dados (BD) “InundaPorto” que contêm todos os registos de 40 anos das inundações urbanas (1934-2014), registadas pelo BSB Porto.
A ocorrência de IU encontra-se relacionada com episódios de precipitação, mais ou menos intensos. Como forma de perceber os episódios de precipitação que originaram as IU na área de estudo, foi escolhido como período de análise temporal do ano de 2010 a 2014, pois as estações automáticas não têm dados mais antigos ou então são muitos os que se encontram em falta. Posto isto, foi realizado o levantamento das ocorrências recorrendo à BD criada e para todas estas foram igualmente recolhidos os dados de precipitação disponíveis pelas estações e que não existiam na BD, tendo sempre em conta se para cada ocorrência haveriam dados disponíveis e escolhidos apenas as que tinham.
Capítulo 3 – Resultados
3.1. Dados
Na tabela 4 estão representados os valores extremos que resultaram da relação feita entre as ocorrências registadas no período de estudo, com os valores de precipitação obtidos pelas estações meteorológicas automáticas.
Para o período em estudo houveram um total de 83 dias em que se registaram ocorrências e que foi possível saber o valor da precipitação horária recorrendo às estações. Foram registadas um total de 146 IU que afetaram 93 locais, com especial atenção para a Avenida Gustavo Eiffel e a Via Panorâmica que mostraram ser os locais mais afetados, com 10 e 8 IU, respetivamente.
Neste período de 5 anos de estudo, foram registados valores extremos relativamente às ocorrências, bem como à precipitação, e que dizem respeito aos máximos atingidos por dia, més e ano. No que se refere ao maior número de ocorrências, o dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de Setembro de 2014 foram os dias onde ocorreram mais eventos (8 IU); foi o mês de Janeiro que neste período de tempo obteve maior número (13 IU) e o ano de 2013 foi o mais afetado com 33 inundações. Quanto os valores extremos associados à precipitação, a precipitação máxima diária acumulada registada foi de 52,3 milímetros (20 de Março de 2010), o mês que acumulou mais chuva foi o de Fevereiro de 2014 com 296,8 mm, o que em termos anuais coincidiu pois o ano mais chuvoso foi o ano de 2014, com uma precipitação total anual de 1409,8 mm.
Tabela 4- Valores extremos das ocorrências registadas com dados de precipitação (2010-2014). Fonte: Base de dados “InundaPorto” e (Weather Underground).
As figuras 14 e 15 são representativas graficamente dos dias em que se se registaram um maior número de ocorrências, no dia 8 de Janeiro de 2011 e 18 de Setembro de 2014, respetivamente.
Conforme o demonstrado na figura 14, no dia 8 de Janeiro de 2011 verificaram-se episódios chuvosos de alguma intensidade, o que levou a uma precipitação diária acumulada de 45,34 milímetros. Isto vem comprovar as ocorrências registadas, em que a maioria dos locais ficaram inundados após dois episódios de maior intensidade.
Figura 14- Precipitação horária no dia 8 de Janeiro de 2011 e ocorrências registadas pela hora de saída dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores Bombeiros
do Porto.
Por sua vez, o dia 18 de Setembro de 2014 (figura 15) foi um dia mais chuvoso em que a máxima diária foi de 52,49 milímetros. Evidenciam-se dois episódios chuvosos, sobretudo o segundo que foi o de maior intensidade, onde imediatamente a seguir desencadearam-se todas as ocorrências registadas neste dia.
. Figura 15- Precipitação horária no dia 18 de Setembro de 2014 e ocorrências registadas pela hora de
saída dos Bombeiros. Fonte: Estação Meteorológica de Lordelo do Ouro e Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto.
A distribuição dos locais que foram alvo de inundações poderá estar relacionada com a deslocação das massas de ar, que estiveram na origem das precipitações desencadeadas.
Para uma melhor caraterização das IU e precipitação que afetam a área de estudo, foi feito uma relação entre o total de inundações urbanas registadas e as Precipitações Totais Anuais (PTA), mas com diferentes durações em termos do período de estudo, conforme o demonstrado nas figuras 16 e 17.
A figura 16 que integra o projeto, representa as IU registadas na base de dados já referida de 1974 a 2014, ou seja, para um período de 40 anos e as PTA. É visível que não existe uma correlação entre os dados, nem uma tendência significativa.
A figura 17 representa o período alvo de estudo desta dissertação e a mesma relação. De uma forma geral o número de ocorrências acompanha as subidas ou descidas nos valores de precipitação totais, com exceção do ano de 2013, pois foi o ano em que se registou um maior número de inundações urbanas (43 ocorrências), contudo não foi quando se registou o máximo em termos de valores de precipitação, visto ter sido no ano de 2014 (1409,8 mm). Os valores de 2013 levam a concluir que este poderá ter sido um ano de IU mais concentradas.
Figura 16 Relação entre o número total de IU por ano e as precipitações totais anuais (1974 -2014). Fonte:“InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto, Estação Meteorológica da
Serra do Pilar e (Weather Underground).
Figura 17- Relação entre o número total de IU por ano de ocorrência e as precipitações totais anuais (2010 -2014). Fonte: “InundaPorto”, Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather
Underground). 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 20 40 60 80 100 120 ocorrências P(mm) Nrº P(mm) precip. ocorr.
A distribuição mensal das IU e da precipitação para o período de estudo está representada na figura 18, onde é visível que os meses que registaram um maior número de inundações urbanas de 2010 a 2014 foram Janeiro (13), Novembro (12), Fevereiro e Outubro ambos com 11 IU, pelo fato de nestes meses se registarem os máximos de precipitação. É de referir que por outro lado, os meses em que ocorreram inundações urbanas em menor número foram os meses de Agosto com apenas 2 IU, Junho e Julho com apenas 1 cada um, sendo que os valores de precipitação foram também naturalmente os mais baixos.
Figura 18- Distribuição mensal das inundações urbanas e das precipitações totais (2010-2014). Fonte: Batalhão de Sapadores Bombeiros do Porto e (Weather Underground).
Os dados de precipitação consultados nas estações meteorológicas automáticas utilizadas podem ser considerados representativos da precipitação na cidade do Porto.
3.2. Períodos de retorno e limiares críticos de precipitação
Numa primeira fase para que fossem realizados os cálculos necessários para obter os limiares de precipitação, foram utilizados os dados da Estação Meteorológica da Serra do Pilar para o período de análise temporal de 1932 a 2005, visto que depois desta data não existem de dados para esta estação. Para um período mais recente, nomeadamente de 2010 a 2014, os dados de precipitação utilizados foram os das estações automáticas que foram previamente comparados com os disponibilizados pelo IPMA de forma a valida-los, pois estas estações ou não fornecem dados de 2006 a 2009 ou em alguns casos existem mas na sua maioria estão em falta e outras deixaram ainda de disponibilizar os dados. Para que houvesse um bom aproveitamento dos dados destas estações, a representação dos anos e os posteriores cálculos, foram feitos por ano civil e não climatológico, estendendo este método aos dados da estação da Serra do Pilar. Foram assim usados um total de 79 anos para realizar os cálculos.
Os valores de precipitação diária foram analisados e posteriormente calculados para diferentes durações de tempo, nomeadamente para 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias, obtendo assim as acumuladas absolutas e intensidades respetivas. Não foram utilizadas durações superiores pelas características das IU que sendo eventos bastantes frequentes, estas durações são bastantes representativas. Assim, foram obtidos para cada ano os máximos acumulados para as diferentes durações, e para cada uma destas a média e desvio padrão, bem como os parâmetros Alfa (α) e Beta (β). Os máximos acumulados para as diferentes durações foram usados no cálculo do período de retorno pelo método de probabilidade de excedência de extremos de Gumbel (1958).
Foram depois consideradas todas IU registadas no período de análise estudado (83 IU) e para cada uma delas foram inseridos os máximos de precipitação em 1, 2, 3, 4, 5 e 10 dias. Nem sempre havia valores para todas as durações no dia em que o evento ocorreu, pelo que em algumas foi necessário usar o valor do dia antecedente. Contudo, nas IU dos dias 3 e 4 de Janeiro de 2010 e pelo fato de não haver dados relativos neste caso a Dezembro de 2009, não foi possível adotar o valor dos dias antecedentes para uma duração de 4,5 e 10 dias na IU de 3 de Janeiro e de 5 e 10 dias para a que ocorreu a 4 de Janeiro de 2010.
No cálculo dos períodos de retorno, foi usada a teoria de valores extremos, a distribuição de Gumbel, que segundo Dias et al. (s/d), é a mais usada para representar os máximos. Gumbel foi o primeiro a aplicar a estatística de extremos em diferentes áreas, como é o caso da hidrologia (Katz, 2010).
Conforme o demonstrado na figura 19 foi usada a função das probabilidades acumuladas e ajustada com o uso dos parâmetros. O cálculo dos parâmetros (α) e (β) é importante para ajustar a distribuição de Gumbel aos valores máximos diários da precipitação e obter os parâmetros de escala (α) e posição (β) nesta distribuição.
Figura 19- Fórmula da distribuição de Gumbel tendo por base a função das probabilidades acumuladas. Adaptado de Dias, Braunschweig, Grosso, Costa, and Garrett (n.d, p. 36).
Os cálculos para os períodos de retorno para as ocorrências de 2010 a 2014 em diferentes durações de tempo mostraram períodos de retornos curtos de apenas 1 e 2 anos, o que significa que eventos desta magnitude na cidade do Porto ocorrem praticamente todos os anos. Sendo a precipitação a sua causa, em meio urbano há uma interação de vários fatores que condicionam a ocorrência destas inundações, tal como é o caso dos sistemas de drenagem que muitas vezes já se encontram em sobrecarga e não conseguem dar vazão à água, ao entulho que se localiza junto das sargetas e à intensa impermeabilização dos solos, impossibilitando o escoamento da água pluvial. A figura 20 diz respeito aos períodos de retorno associados à estação meteorológica da Serra do Pilar (pontos azuis) para o período temporal que vai de 1935 até 2004 e que foram calculados no âmbito do projeto, bem como os períodos de retorno que foram obtidos nesta dissertação (pontos vermelhos) e referidos anteriormente como os que resultaram dos cálculos efetuados (2010-2014). Assim, é notório que para o período temporal analisado mesmo sendo uma amostra mais pequena comparativamente à da Serra do Pilar, se encaixa num período bem mais longo, pelo que se comprovam os períodos de retorno obtidos.
Figura 20- Gráfico representativo dos períodos de retorno da Estação Meteorológica da Serra do Pilar (1935-2004) e das estações meteorológicas utilizadas no período de estudo (2010-2014).
Posteriormente foi calculada a combinação crítica de quantidade/duração para cada ocorrência, tendo como referência o valor do período de retorno mais elevado de todas as durações calculadas. A cada valor de referência estava associado um valor de precipitação que foi usado juntamente com o número da duração de dia que obteve o maior valor. As combinações críticas resultaram na regressão polinomial representada na figura 21: y= -0,8878x2 + 20,668x + 2,1855, que representa o limiar crítico de precipitação e em que o aumento da precipitação acumulada e da duração em dias seguem esta equação, com um coeficiente de determinação (R²) de 0,7722, que representa a sua validade.
