dissertacao_analisemodelagemhidrometeorologica

7/21/2019 Dissertacao_AnaliseModelagemHidrometeorologica

1/119

1

UNIVERSIDADEFEDERALDOPARINSTITUTODEGEOCINCIAS

MUSEUPARAENSEEMLIOGOELDIEMBRAPAAMAZNIAORIENTAL

PROGRAMADEPS-GRADUAOEMCINCIASAMBIENTAIS

DANIEL MENINA SANTOS

ANLISEEMODELAGEMHIDROMETEOROLGICANABACIADORIOTOCANTINSEMMARAB-PA

BELM-PA2008


2/119

2



Dissertao apresentada ao Programa dePs-Graduao em Cincias Ambientais doInstituto de Geocincias da UniversidadeFederal do Par, Museu Paraense EmlioGoeldi, Embrapa Amaznia Oriental, comorequisito parcial para obteno do grau deMestre em Cincias Ambientais.rea de Concentrao: Fsica do Clima.Orientador: Prof. Dr. Edson Jos Paulinoda Rocha.Co-Orientador: Prof. Dr. Everaldo

Barreiros de Souza

BELM2008


3/119

3

Dados Internacionais de Catalogao-na-Publicao(CIP)Biblioteca Gel. Rd Montenegro G. de Montalvo

Santos, Daniel Meninea

S237a Anlise e modelagem hidrometeorolgica na bacia do rioTocantins em Marab - Pa. / Daniel Meninea Santos. - 2008

118 f. : il.Dissertao (Mestrado em Cincias Ambientais) Programa de

Ps-Graduao em Cincias Ambientais, Instituto de Geocincias,Universidade Federal do Par, Belm, 2008.

Orientador, Edson Jos Paulino da RochaCo-orientador, Everaldo Barreiro de Souza

1. Modelagem hidrolgica. 2. Dinmica da atmosfera. 3.Enchente. 4. Marab (PA). I. Universidade Federal do Par II.Rocha, Edson Jos Paulino da, Orient. III. Souza, Everaldo Barreirode, Co-orientador. IV. Ttulo.

CDD 20 ed. 551.48098115:


4/119

4



Dissertao apresentada ao Programa dePs-Graduao em Cincias Ambientais do

Instituto de Geocincias da UniversidadeFederal do Par; Museu Paraense EmlioGoeldi, Embrapa Amaznia Oriental, comorequisito parcial para obteno do grau deMestre em Cincias Ambientais.

Data da aprovao:Conceito:

Banca Examinadora:

_______________________________________Prof. Edson Jos Paulino da Rocha - OrientadorDoutor em MeteorologiaUniversidade Federal do Par

_______________________________________Prof. Renato Ramos da Silva - MembroDoutor em Cincias AmbientaisUniversidade Federal do Par

_______________________________________Prof. Joo Batista Miranda Ribeiro - MembroDoutor em Cincias da Engenharia AmbientalUniversidade Federal do Par

_______________________________________Prof. Eliene Lopes de Souza - MembroDoutora em Geologia e GeoqumicaUniversidade Federal do Par


5/119

5

Para Maria I sabel M enina Santos,

Sarah L orena de L ima Pinheiro Santos e

Odivaldo da Silva Santos

Razes desse feito.


6/119

6

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus, pela sua fidelidade em suas promessas para comigo e por ser meu maior

guia durante esse longo caminho;

minha me Maria Isabel pelas suas incansveis oraes;

minha esposa Sarah Lorena pela compreenso e incentivo na minha busca por um futuro

melhor.

Ao meu pai Odivaldo Santos, a todos os meus irmos, sobrinhos e cunhado;

Ao professor e amigo Edson Jos Paulino da Rocha, por partilhar seu conhecimento, ter

confiana na minha pequena capacidade cientfica, pela pacincia em orientar-me e pelo

grande incentivo a prosseguir na pesquisa cientfica. Valeu Prof. !!!;Ao amigo Pedro Rolim pelos valiosos conhecimentos hidrolgicos partilhados e apoio nos

altos e baixos dessa caminhada. Valeu Rolim !!!;

Ao meu co-orientador Everaldo Barreiros de Souza pelos importantes conhecimentos

cientficos partilhados;

Aos amigos Mrcio Nirlando e Douglas Ferreira que sempre me apoiaram desde o incio de

minha vida acadmica;

Ao Programa de Ps-Graduao em Cincias Ambientais e todos os professores quedividiram seus conhecimentos comigo, contribuindo grandemente para a minha formao;

Ao Sistema de Proteo da Amaznia (CTO BE) que me acolheu por todo o perodo de

pesquisa do mestrado, em especial aos amigos Juliana de Paula e Tarcsio Schnaider pela

grande ajuda na confeco dos Mapas e discusses hidrolgicas.

Rosa Helena Jacob pelo exemplo de perseverana e incentivo profissional. Valeu Rosa!!!;

Agncia de Desenvolvimento da Amaznia (ADA) pela bolsa concedida atravs do Projeto

Monitoramento e Modelagem do Rio Tocantins no perodo de maro de 2006 a janeiro de2007;

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico CNPq - Brasil pela

bolsa concedida no perodo de julho de 2007 a fevereiro de 2008;

E a todos que contriburam direta e indiretamente na realizao deste Projeto.


7/119

7

RESUMO

Esta pesquisa objetivou desenvolver um modelo estatstico de previso de vazo para Marab-

PA, bem como avaliar a estrutura dinmica atmosfrica associada aos extremos do regime

hidrolgico da bacia do rio Tocantins. O modelo hidrolgico de regresso linear mltipla

utilizou as sries de observaes fluviomtricas e pluviomtricas obtidas no banco de dados

da ANA. Os testes de validao do modelo estatstico com coeficiente de Nash acima de 0,9 e

erro padro de 1,5 % e 5% nos perodos de cheia e estiagem, respectivamente, permitem que

as previses de vazo em Marab possam ser geradas com antecedncia de 2 a 4 (3 a 5) dias

para o perodo da cheia (estiagem). Atravs da tcnica de composies considerando todos os

anos com registro de vazo acima/muito acima e abaixo/muito abaixo do normal, obtidos pelametodologia dos percentis, investigaram-se as caractersticas regionais da precipitao e a

estrutura dinmica atmosfrica em cada ms (Novembro a Abril). As composies dos anos

com vazo acima/muito acima mostraram que a precipitao sobre a bacia foi acima do

normal em todos os meses, sendo que os padres de grande escala indicaram a configurao

associada ao fenmeno La Nia no Pacfico e condies de resfriamento no Atlntico Sul;

intensificao tanto do ramo ascendente zonal da clula de Walker como do ramo ascendente

meridional da clula de Hadley; intensificao da Alta da Bolvia posicionada mais a leste eanomalias negativas de ROL associadas atuao conjunta da ZCAS e ZCIT. Inversamente,

as composies dos anos com vazo abaixo/muito abaixo evidenciaram a predominncia de

precipitao abaixo do normal em toda bacia hidrogrfica, a qual se associou com as

condies de aquecimento (El Nio) sobre o Pacfico, Atlntico sul aquecido, clula de

Walker e Hadley com enfraquecimento dos movimentos ascendentes, posicionamento da Alta

da Bolvia mais a oeste com anomalias positivas de ROL indicando inibio da atividade

convectiva tropical. Adicionalmente, uma anlise quantitativa dos impactos scio-econmicossobre os principais ncleos da cidade de Marab revelou que aproximadamente 10 mil

pessoas (5% da populao) so atingidas pela cheia do rio Tocantins com custos nas

operaes de enchente acima de R$ 500.000,00, considerando o caso de 2005.

Palavras-chave: Modelagem hidrolgica. Dinmica da atmosfera. Enchente. Marab-PA.


8/119

8

ABSTRACT

The objectives of the present work is to develop a statistical model to predict discharge or

flow in Marab-PA, as well assess the atmospheric dynamic structure associated with the

extreme hydrological regime observed in the Tocantins river basin. The hydrological model

based on multiple linear regressions uses time series derived from fluviometric and

pluviometric stations which are obtained from ANA database. Validation tests of the

statistical model with Nash coefficient above 0.9 and standard error of 1.5% and 5% during

flood and drought periods, respectively, allow generating predictions of discharge with

antecedence of 2 to 4 days (3 to 5 days) for the flood (drought) period. Through composites

technique considering all years with record of above/very above discharge and below/verybelow discharge in Marab, obtained from percentiles method, it was investigated the

precipitation characteristics in basin scale and the dynamic aspects observed in each month

(November to April). The composites of years with above/very above discharge showed that

the rainfall on the basin was above normal in all months, and the large-scale patterns indicated

a configuration associated with La Nia phenomenon over Pacific and cooling conditions

over South Atlantic; intensification of both zonal/meridional ascending branch of the

Walker/Hadley cell; intensification of the Bolivian High anomalously placed eastward andnegative ROL anomalies associated with the joint occurrence of ZCAS and ZCIT.

Conversely, the composites of years with below/very below discharge showed a

predominance of precipitation below normal throughout basin, which was associated with the

conditions of warming (El Nio) over Pacific, and also warm TSM anomalous over South

Atlantic, cell of Walker and Hadley with weak upward movement, the positioning of the High

Bolivia westward with positive ROL anomalies indicating inhibition of tropical convective

activity. Additionally, a quantitative analysis of the socio-economic impacts in the maincenters of Marab revealed that approximately 10 thousand (5% of the population) people are

affected by Tocantins river floods with costs in the flooding operations above R$ 500.000,00,

considering the 2005 case.

Key-words: Hydrological modelling. Dynamics of the atmosphere. Floods. Marab-PA


9/119

9

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1. Limites da Bacia Hidrogrfica, os estados componentes e principais cidades. (Fonte:

ANA, 2006) .......................................................................................................................... 22

Figura 2. Sub-Bacia Marab, Conceio do Araguaia e Carolina .......................................... 23

Figura 3. Fotografia de uma rea representativa de relevo mais dissecado encontrado nas

Chapadas e Planos do Rio Farinha ....................................................................................... 26

Figura 4. (a): fotografia de uma rea de pastagem, prximo ao municpio de Conceio do

Araguaia; (b): Fotografia de uma floresta Ombrfila aberta; (c): Fotografia de uma vegetaosecundria com palmeiras; (d): Fotografia de vegetao de cerrado...................................... 27

Figura 5. Cidade de Marab. (Fonte: Google Maps) ............................................................. 29

Figura 6. Localizao das estaes pluviomtricas e fluviomtricas ..................................... 31

Figura 7. Hidrograma simulado/observado no perodo de previso contnua Machadinho.

(Fonte: Andreolli, 2003) ...................................................................................................... 35

Figura 8. Hidrograma simulado/observado no perodo de previso contnua Passo Caru.

(Fonte: Andreolli, 2003) ...................................................................................................... 36

Figura 9. Hidrograma de vazo diria calculada e observada do rio Miranda em Miranda, de

dezembro de 1995 a agosto de 1998. (Fonte: Allasia et al., 2004) ......................................... 36

Figura 10. Resultados da validao para o perodo de maio de 2000 a maro de 2001. (Fonte:Guilhon, 2002) ..................................................................................................................... 37

Figura 11. Hidrograma observado/previsto para o perodo de outubro de 1996 a outubro de

1997 na bacia do rio Doce. (Fonte: Castilho e Oliveira, 2001) .............................................. 37

Figura 12. Esboo de deslocamento em canal aberto de um ponto outro ............................ 48

Figura 13. Discretizao espacial da sub-bacia estudada ...................................................... 41


10/119

10

Figura 14. Vazo mxima mensal e limites da categoria normal do rio Tocantins em Marab.

(Srie: 1978-2006) ............................................................................................................... 48

Figura 15. Vazo mxima em m/s da categoria normal do rio Tocantins em Marab ........... 49

Figura 16. Precipitao mdia para os limites superior (cli max) e inferior (cli min) da

categoria normal para os meses selecionados ....................................................................... 51

Figura 17. Mdia mensal de ROL em W/m ......................................................................... 53

Figura 18. Movimento vertical (Omega) em hPa.s-1, corte meridional em 48w. Destaque para

o trecho sobre a bacia........................................................................................................... 54

Figura 19. Linhas de corrente em 200 hPa............................................................................ 54

Figura 20. Vento em 850 hPa ............................................................................................... 55

Figura 21. Composio das anomalias de precipitao categorizada sobre a bacia do rio

Tocantins para os anos com vazo acima/muito acima do normal. As figuras do painel inferior

representam a mdia dos meses selecionados na tabela 4 (lag 0), enquanto que as do painel

superior correspondem aos meses anteriores (lag -1) ............................................................ 58

Figura 22. Composio das anomalias de precipitao categorizada sobre a bacia do rio

Tocantins para os anos com vazo abaixo/muito abaixo do normal. As figuras do painel

inferior representam a mdia dos meses selecionados na tabela 4 (lag 0), enquanto que as do

painel superior correspondem aos meses anteriores (lag -1) ................................................. 60

Figura 23. Composio mensal das anomalias de TSM (C) para todos os anos com vazo nascategorias acima e muito acima, durante os meses de novembro a abril (lag 0). As regies

cinzas indicam anomalias com significncia estatstica de 95%. ........................................... 62

Figura 24. Composies mensais do movimento vertical, corte zonal associado clula de

Walker, para os anos com vazo na categoria acima e muito acima, durante os meses de

Novembro a Abril (lag 0). Os contornos sombreados coloridos indicam as anomalias de

omega .................................................................................................................................. 63

Figura 25. Composies mensais do movimento vertical, corte meridional associado clula

de Hadley ao longo de 48W, para os anos com vazo na categoria acima e muito acima,


11/119

11

durante os meses de Novembro a Abril (lag 0). Os contornos sombreados coloridos indicam

as anomalias de omega......................................................................................................... 65

Figura 26. Composies do (a) campo mensal do vento em 200 hPa e (b) campo mensal dovento em 850 hPa (vetores preto) e suas respectivas anomalias (vetores vermelho) para os

anos com vazo nas categorias acima e muito acima ............................................................ 67

Figura 27. Composies mensais das anomalias de ROL durante os meses de dezembro a abril

para anos com vazo nas categorias acima e muito acima. reas cinza indicam anomalias com

significncia estatstica de 95% ............................................................................................ 68

Figura 28. Composio mensal das anomalias de TSM (C) para todos os anos com vazo nascategorias abaixo/muito abaixo, durante os meses de novembro a abril (lag 0). As regies

cinzas indicam anomalias com significncia estatstica de 95% ............................................ 70

Figura 29. Composies mensais do movimento vertical, corte zonal associado clula de

Walker, para os anos com vazo na categoria abaixo/muito abaixo, durante os meses de

Novembro a Abril (lag 0). Os contornos sombreados coloridos indicam as anomalias de

omega .................................................................................................................................. 71

Figura 30. Composies mensais do movimento vertical, corte meridional associado clula

de Hadley ao longo de 48W, para os anos com vazo na categoria abaixo/muito abaixo,

durante os meses de Novembro a Abril (lag 0). Os contornos sombreados coloridos indicam

as anomalias de omega......................................................................................................... 72

Figura 31. Composies do (a) campo mensal do vento em 200 hPa e (b) campo mensal do

vento em 850 hPa (vetores preto) e suas respectivas anomalias (vetores vermelho) para osanos com vazo nas categorias abaixo/muito abaixo ............................................................ 74

Figura 32. Composies mensais das anomalias de ROL durante os meses de dezembro a abril

para anos com vazo nas categorias abaixo/muito abaixo. reas cinza indicam anomalias com

significncia estatstica de 95% ............................................................................................ 75

Figura 33. Polgono de Thiessen para as sub-bacias 01, 02, 03 e 04 ..................................... 76

Figura 34. Relao cota velocidade no rio Araguaia em Xambio ..................................... 79


12/119

12

Figura 35. Relao cota velocidade no rio Tocantins em Descarreto ................................. 80

Figura 36. Hidrograma simulado_ModC1/observado no perodo de enchente nos anos de 2004

a 2006 em Marab ............................................................................................................... 81

Figura 37. Hidrograma simulado_ModC2/observado no perodo de enchente nos anos de 2004

a 2006 em Marab ............................................................................................................... 82

Figura 38. Hidrograma simulado_ModE1/observado no perodo de estiagem nos anos de 2004

e 2005 em Marab ............................................................................................................... 82

Figura 39. Hidrograma simulado_ModE2/observado no perodo de estiagem nos anos de 2004e 2005 em Marab ............................................................................................................... 83

Figura 40. Hidrograma simulado_ModC1.E1/observado no perodo de janeiro de 2004 a maio

de 2006 em Marab ............................................................................................................. 83

Figura 41. Hidrograma simulado_ModC2.E2/observado no perodo de janeiro de 2004 a maio

de 2006 em Marab ............................................................................................................. 84

Figura 42. Erro relativo do ModC1 para o perodo de enchente de 2004 a 2006 ................... 85

Figura 43. Erro relativo do ModC2 para o perodo de enchente de 2004 a 2006 ................... 85

Figura 44. Erro relativo do ModE1 para o perodo de estiagem dos anos de 2004 e 2005 ..... 86

Figura 45. Erro relativo do ModE2 para o perodo de estiagem dos anos de 2004 e 2005 ..... 86

Figura 46. Perodo de observao de nveis e vazo no ano de 2005 em Marab .................. 88

Figura 47. Hidrograma observado/preenchido da vazo no ano de 2005 em Marab ............ 88

Figura 48. Cotas mximas mensais em Marab (Srie: 1972 2007) ................................... 91

Figura 49. Aspectos de cheias na Marab antiga em 1970. (Fonte: Vivercidades)................... 92

Figura 50. Nveis dirios do rio Tocantins em Marab no perodo da cheia do ano de 2005.. 93


13/119

13

Figura 51. As fotografias (a) e (b) mostram os abrigos construdo no ncleo Marab Pioneira

em 2005. (Fonte: PNUAH; PNUMA; MMA, 2006).................................................................. 94

Figura 52. As fotografias a, b, c e d mostram as famlias retirando seus mveis e transferindo-se para os abrigos construdos na parte alta dos ncleos. (Fonte: CEDEC/PA)........................ 95

Figura 53. Distribuio de Cesta Bsica para as famlias atingidas pela cheia mostrada nas

fotografias (a) e (b) .............................................................................................................. 95

Figura 54. As fotografias (a), (b), (c) e (d) mostram as reas em situao de emergncia

segundo o decreto 323/2005. (Fonte: CEDEC/PA)................................................................. 96


Figura 56. As fotografias (a) e (b) mostram em vista area a amplitude da enchente nos

bairros que integram a Marab Pioneira; (c) e (d) mostram as famlias desabrigadas. (Fonte: (a)

e (b) jornal local; (c) e (d) CEDEC/PA)............................................................................... 98


Figura 58. Notcia da enchente do rio Tocantins em Marab/2007. (Fonte: O LIBERAL) . 100

Figura 59. Notcia mostra os abrigos construdos na Marab Pioneira. (Fonte: O LIBERAL)101

Figura 60. As fotografias (a), (b), (c) e (d) mostram a amplitude da cheia no ano de 2007.

(Fonte: http://www.maraba.pa.gov.br/defesa_12.htm;acesso em 20/11/2007)............................. 101
http://www.maraba.pa.gov.br/defesa_12.htm;http://www.maraba.pa.gov.br/defesa_12.htm;


14/119

14

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Caracterizao dos tipos de solos que ocorrem na sub-bacia ................................. 24

Tabela 2. Valores e intervalos mensais da categorizao de vazo (m/s) ............................. 49

Tabela 3. Anos com vazo acima e muito acima para os meses estudados ............................ 55

Tabela 4. Anos com vazo abaixo e muito abaixo para os meses estudados .......................... 56

Tabela 5. Descrio da rea de influncia de cada estao pluviomtrica ............................. 77

Tabela 6. Resultados das correlaes (r) para determinao do tempo de percurso de vazo e

precipitao para o perodo de enchente (dezembro a maio) ................................................. 78

Tabela 7. Resultados das correlaes (r) para determinao do tempo de percurso de vazo e

precipitao para o perodo de estiagem (junho a novembro) ............................................... 78

Tabela 8. Tempo de deslocamento das variveis de entrada at Marab ............................... 79

Tabela 9. Resultado do coeficiente de correlao dos modelos desenvolvidos ...................... 80

Tabela 10. Resultados do Coeficiente de Nash e Erro Padro ............................................... 89

Tabela 11. Relao dos abrigos provisrios construdos nos ncleos atingidos pela cheia .... 94

Tabela 12. Relao dos abrigos provisrios construdos durante a cheia de 2007 ................. 99


15/119

15

SUMRIO

1 INTRODUO ...................................................................................................... 16

2 OBJETIVOS........................................................................................................... 202.1 OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................... 20

3 CARACTERIZAO DA REA DE ESTUDO.................................................. 21

3.1 CARACTERSTICAS GERAIS DA REGIO HIDROGRFICA ........................... 21

3.2 ASPECTOS PEDOLGICOS .................................................................................. 23

3.3 ASPECTOS GEOMORFOLGICOS ...................................................................... 24

3.4 USO DO SOLO ....................................................................................................... 26

3.5

O MUNICPIO DE MARAB-PA .......................................................................... 274 DADOS E MTODOS ........................................................................................... 30

4.1 BASE DE DADOS .................................................................................................. 30

4.2 MTODO DOS QUANTIS ...................................................................................... 31

4.3 COMPOSIES ...................................................................................................... 32

4.4 MODELAGEM HIDROLGICA ............................................................................ 33

4.4.1 Modelagem Emprica e Conceitual........................................................................ 33

4.4.2 Descrio do Modelo .............................................................................................. 38

4.4.2.1Discretizao Espacial .............................................................................................. 40

4.4.3 Estatstica de Avaliao do Modelo....................................................................... 44

4.5 PREENCHIMENTO DE FALHAS NOS DADOS ................................................... 45

5 RESULTADOS...................................................................................................... 47

5.1 ASPECTOS CLIMATOLGICOS .......................................................................... 47

5.1.1 Vazo do Rio Tocantins em Marab-PA............................................................... 47

5.1.2 Precipitao Mdia na Sub-bacia do rio Tocantins.............................................. 50

5.1.3 Padres Atmosfricos da Circulao Geral.......................................................... 52

5.2 COMPOSIO DOS EVENTOS EXTREMOS DE VAZO .................................. 55

5.2.1 Precipitao na Bacia ............................................................................................. 56

5.2.2 Estrutura Dinmica................................................................................................ 60

5.3 MODELO HIDROLGICO .................................................................................... 76

5.3.1 Precipitao Mdia nas Sub-bacias....................................................................... 76

5.3.2 Calibrao e Validao dos Modelos de Enchente e Estiagem............................. 77

5.3.3 Avaliao do Desempenho dos Modelos................................................................ 84

5.3.4 Limitaes do Modelo............................................................................................ 89


16/119

16

6 IMPACTO SOCIOECONMICO EM MARAB.............................................. 91

6.1 ESTUDO DE CASO: CHEIA DE 2005.................................................................... 92

6.2 ESTUDO DE CASO: CHEIA DE 2006 .................................................................... 96

6.3 ESTUDO DE CASO: CHEIA DE 2007.................................................................... 98

7 CONCLUSO ...................................................................................................... 102

REFERNCIAS ................................................................................................... 105

ANEXO 1 .............................................................................................................. 111

ANEXO 2 .............................................................................................................. 112

ANEXO 3 .............................................................................................................. 113

ANEXO 4 .............................................................................................................. 114

ANEXO 5 .............................................................................................................. 115ANEXO 6 .............................................................................................................. 116

ANEXO 7 .............................................................................................................. 118


17/119

16

1INTRODUO

Um dos grandes desafios enfrentados atualmente pela sociedade e pelo Estado

brasileiro prever e, conseqentemente, articular alternativas de monitoramento dos impactos

gerados pela ao inevitvel e implacvel de alguns fenmenos naturais. Na regio

amaznica, preparar a populao para enfrentar extremos hidrolgicos um dos objetivos de

vrios estudos de carter cientfico.

Desde a primeira metade do sculo XIX, tm-se feito estudos hidrolgicos nas

bacias da regio Amaznica para se tentar compreender, quantitativa e qualitativamente, os

processos envolvidos no ciclo hidrolgico da bacia. Mais recentemente, projetos como o

PHICAB (Programa Climatolgico e Hidrolgico de la Cuenca Amaznica de Bolivia),HiBAm (Hidrologia e Geoqumica da Bacia Amaznica), ABRACOS (Anglo-Brazilian

Amazonian Climate Observation Study), ARME (Amazon Region Micrometeorological

Experiment) e LBA (Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amaznia)

tm investido em pesquisas e experimentos de campo que visam alcanar esse objetivo

(NETO, 2006).

O regime de precipitao modula a variao das vazes nas bacias hidrogrficas,

portanto, a busca pelo entendimento do comportamento dinmico dos meios por onde a gua transportada em suas diversas fases, primordial para obter uma resposta para as questes

hidrolgicas na escala hidrogrfica. No contexto Amaznico existem pesquisas que

obtiveram resultados satisfatrios a respeito do comportamento mdio da precipitao,

principal entrada de gua no sistema hidrolgico, na escala mensal e intra-sazonal (FISCH et

al., 1996; ROCHA, 2001; SOUZA, 2003). Esses estudos so fundamentais para a

compreenso dos aspectos dinmicos e variabilidade dos eventos de cheia e estiagem das

bacias Amaznica e do Tocantins. Entretanto, eventos extremos causados por anomalias naCirculao Geral da Atmosfera e conseqentemente nos sistemas precipitantes provocam

variabilidade na precipitao assim como nas vazes, alertando os ramos das pesquisas para

encontrar formas de monitorar e at mesmo de prever tais comportamentos anmalos.

Pesquisas (MARENGO, 1995; MONTROY, 1997; MARENGO et al., 1998;

SOUZA et al., 2000) demonstraram que os modos de variabilidade da Temperatura da

Superfcie do Mar (TSM) dos Oceanos Pacfico e Atlntico exercem influncias diretas na

variabilidade da precipitao nas principais bacias da regio amaznica. Segundo Rocha

(2001) anomalias de TSM no Pacfico Tropical, associadas ao fenmeno El Nio-Oscilao

Sul (ENOS), causam impactos de grande escala nas chuvas da Amaznia. Os resultados de


18/119

17

SOUZA et al. (2005) mostram o gradiente da TSM entre o Atlntico Norte e Sul associado a

extremos de precipitao no norte e leste da Amaznia, estendendo-se este padro de

anomalias at o norte do Nordeste.

MUZA e CARVALHO (2006) afirmam que a variabilidade climtica sobre o

centro-sul da Amaznia influenciada tanto por aspectos tropicais quanto subtropicais,

destacando que o mximo de precipitao no vero austral nessa regio est relacionado

Zona de Convergncia do Atlntico Sul (ZCAS). MARENGO et al. (2001) e SOUZA et al.

(2005) afirmam que o mximo durante o outono austral nas regies norte e nordeste da

Amaznia est associado migrao para sul do equador da Zona de Convergncia

Intertropical (ZCIT). Durante o vero austral, a ZCAS uma caracterstica marcante da

precipitao sobre a Amrica do Sul e definida como uma regio de alta variabilidadeconvectiva posicionada a leste da Cordilheira dos Andes com orientao noroeste-sudeste,

estendida desde o sul e leste da Amaznia at o Atlntico Sul (ZHOU; LAU 1998;

LIEBMANN et al., 1999; CARVALHO et al., 2004). NOGUS-PAEGLE e MO (1997) e

CARVALHO et al. (2004) mostram que a ZCAS tem papel fundamental na precipitao da

Amrica do Sul durante os meses de primavera e vero e que diretamente modulada pela

TSM do Atlntico Sul. Segundo WALISER e GAUTIER (1993) a ZCIT constitui o ramo

ascendente da clula de Hadley com uma caracterstica faixa de nebulosidade convectiva aolongo da regio equatorial.

Diversos trabalhos estudaram o comportamento extremo das chuvas nos trpicos e

subtrpicos sul-americanos (QUADRO, 1994; ROCHA, 2001; SOUZA et al., 2005), contudo uma

anlise desta varivel associada variabilidade hidrolgica em bacias hidrogrficas

fundamental como um suporte aos modelos hidrolgicos que utilizam a precipitao como

uma varivel de entrada ou assim como aos centros de previses de nveis e vazes que

baseiam-se nesta varivel para uma correo subjetiva aos modelos utilizados.Os modelos hidrolgicos podem ser considerados como uma ferramenta

desenvolvida para representar o comportamento da bacia hidrogrfica, prever condies

futuras e/ou simular situaes hipotticas no intuito de avaliar impactos de alteraes. A

simulao hidrolgica limitada pela heterogeneidade fsica das bacias e dos processos

envolvidos, o que muito tem contribudo para o desenvolvimento de um grande nmero de

modelos (OLIVEIRA, 2003). Os modelos se diferenciam entre si em funo dos objetivos a

serem alcanados, dos dados que utilizam e das prioridades que so estabelecidas na

representao dos processos fsicos. Dentre outras caractersticas, os modelos podem ser

baseados em processos, ou seja, procuram descrever todos os processos que envolvem


19/119

18

determinado fenmeno, ou podem ser empricos os quais utilizam relaes baseadas em

observaes. Alm disso, os modelos que no levam em considerao os conceitos de

probabilidades so classificados como determinstico, quando as variveis envolvidas

possuem um comportamento aleatrio so chamados de estocsticos (TUCCI, 2005).

Levando em considerao a disponibilidade de dados, incertezas hidrolgicas,

representatividade, entre outros, os modelos podem ser desenvolvidos para previses ou

apenas para simulaes. Em se tratando de previso de vazo num sistema hdrico ela pode

ser de curto prazo, de poucas horas at alguns dias de antecedncia e de longo prazo at nove

meses (GEORGAKAKOS; KRYSZTOFOWICZ, 2001). O presente trabalho aborda o

desenvolvimento de um modelo a curto prazo que, segundo TUCCI (2005), geralmente so

utilizados para gerenciamento de cheias, assim como: navegao, onde a carga transportadadepende do calado e do nvel do rio; atendimento da irrigao e abastecimento; usos mltiplos

como energia e planejamento e controle de inundaes.

Problemas com cheias e estiagens na Amaznia so de ocorrncia anual. Cidades

como Rio Branco, Porto Velho, Manaus, bidos, Santarm, Altamira, Marab, entre outras,

historicamente so impactadas pelo aumento do nvel dos rios de suas respectivas bacias. A

situao agrava-se medida que h um crescimento populacional desordenado, aumentando-

se a vulnerabilidade da populao situada nas reas de alagamento que repercute diretamenteno nmero de pessoas atingidas pelas enchentes. Por outro lado, os rios sendo um dos

principais meios de transporte dos Amaznidas, uma vez que atingem nveis muito baixos

passam a limitar o transporte fluvial, a pesca, a produo florestal, causando um forte impacto

social e econmico.

As questes expostas acima levaram ao desenvolvimento e execuo de projetos

que contemplassem a mitigao desses impactos. No incio da dcada de 1980 o Projeto de

Hidrologia e Climatologia da Amaznia (PHCA) executado em parceria pelaSuperintendncia do Desenvolvimento da Amaznia (SUDAM), Programa das Naes

Unidas para o Desenvolvimento (PNUD) e Organizao Meteorolgica Mundial (OMM)

desenvolveu modelos estatsticos de previso em curto prazo (1, 4 e 7 dias) de nveis e vazo

para diversas bacias dentro da regio Amaznica, usando como dados de entrada nvel ou

vazo (SUDAM; PNUD; OMM, 1980). Mais recentemente uma parceria da Universidade

Federal do Par (UFPa), Sistema de Proteo da Amaznia (SIPAM) e Agncia de

Desenvolvimento da Amaznia (ADA) executou at janeiro de 2007 o projeto

Monitoramento e Modelagem Hidrolgica dos Rios Tocantins/Araguaia, com objetivo


20/119

19

principal de subsidiar os rgos tomadores de decises atravs de boletins dirios de previso

de nveis para Marab.

Assim, no mbito de impactos causados pela variabilidade dos regimes

hidrolgicos das principais bacias localizadas na Amaznia, essa pesquisa se junta a outras

com o escopo de melhorar e aprofundar o conhecimento cientfico e entendimento dos

processos hidrolgicos da bacia do rio Tocantins, alm de desenvolver modelos mais acurados

para serem utilizados como ferramenta que norteiam as aes da Defesa Civil especificamente

na cidade de Marab-PA, localizada s margens do rio Tocantins, no leste da Amaznia.


21/119

20

2 OBJETIVOS

Esta pesquisa objetivou desenvolver um modelo estatstico de previso de vazo

do rio Tocantins em Marab-PA, como uma ferramenta de apoio nas operaes de enchentenaquela regio, bem como caracterizar os aspectos climatolgicos regionais da precipitao

na escala da bacia hidrogrfica, alm de estabelecer a estrutura dinmica dos padres oceano-

atmosfera de grande escala associada aos extremos do regime hidrolgico do rio Tocantins.

2.1 OBJETIVOS ESPECFICOS

Especificamente esta pesquisa buscou:

A caracterizao fsico-ambiental da regio estudada;Analisar e consistir os dados fluviomtricos e pluviomtricos da bacia

hidrogrfica do rio Tocantins;

Desenvolver um modelo estatstico de previso inserindo a contribuio da

precipitao efetiva da sub-bacia;

Analisar os aspectos climatolgicos regionais da precipitao na escala da bacia

hidrogrfica;

Investigar os mecanismos dinmicos de grande escala associados aos eventosextremos do regime hidrolgico (vazo) observados em Marab;

Mostrar e quantificar os impactos socioeconmicos causados pela cheia na orla

da cidade de Marab.


22/119

21

3 CARACTERIZAO DA REA DE ESTUDO

3.1CARACTERSTICAS GERAIS DA REGIO HIDROGRFICA

A Bacia Hidrogrfica dos rios Tocantins e Araguaia est totalmente inserida no

territrio brasileiro, possui uma rea com cerca de 921 mil km (11% do territrio nacional) e

abrange os estados do Par (30,3% da regio hidrogrfica), Tocantins (30,2%), Gois

(21,3%), Mato Grosso (14,7%), Maranho (3,3%) e o Distrito Federal (0,1%). Como mostra a

figura 1, grande parte situa-se na regio Centro-Oeste, desde as nascentes dos rios Araguaia e

Tocantins at a sua confluncia, e da, para jusante, entrando na Regio Norte, at a sua foz.

Cabe destacar que a regio hidrogrfica dos rios Tocantins e Araguaia, de acordo com aResoluo no32 do Conselho Nacional de Recursos Hdricos, inclui ainda as bacias dos rios

Par e Guam, que so adjacentes (ANA, 2006).

O rio Tocantins tem sua origem no Planalto de Gois, a cerca de 1.000 m de

altitude, pela confluncia dos rios das Almas e Maranho. Entre seus principais afluentes,

destacam-se, na margem direita, os rios Bagagem, Tocantinzinho, Paran, dos Sonos, Manoel

Alves Grande e Farinha, e na margem esquerda, o rio Santa Teresa. Seu principal tributrio,

entretanto, o rio Araguaia (2.600 km de extenso). Aps a confluncia com o rio Araguaia,destaca-se o rio Itacanas, pela margem esquerda. A extenso total do rio Tocantins de

1.960 km, sendo sua foz na Baa de Maraj, onde tambm desguam os rios Par e Guam

(MMA, 2006).

O clima da regio hidrogrfica do Tocantins-Araguaia tropical, com temperatura

mdia anual de 26C, e dois perodos climticos bem definidos: o chuvoso, de outubro a abril,

com aproximadamente 90% da precipitao, e o seco, de maio a setembro, com baixa

umidade relativa do ar (ANA, 2006).O regime pluviomtrico caracterizado pela ocorrncia de aumento das

precipitaes com a diminuio da latitude (sentido sul-norte). A zona de menor precipitao

ocorre na faixa a oeste do municpio de Paran (GO), na divisa com a regio Nordeste, com

valores mdios de 1 mm/ms entre junho e agosto (FGV; MMA; ANEEL, 1998 apudMMA,

2006, p. 9). Em grande parte da bacia, o perodo seco reduz-se a trs meses do ano (junho,

julho e agosto) e prximo foz atinge entre cinco e seis meses (SUDAM/PHCA, 1984).


23/119

22

Figura 1. Limites da Bacia Hidrogrfica, os estados componentes e principais cidades. (Fonte: ANA,2006).

A rea utilizada na modelagem est localizada entre as latitudes 04 30 00 e 09

00 00 Sul e longitudes 46 00 00 e 51 00 00 oeste, compreende a rea de captao de

gua com pontos mais a montante nas estaes fluviomtricas de Carolina (Rio Tocantins -

MA) e Conceio do Araguaia (Rio Araguaia - PA) e ponto mais a jusante na estao

fluviomtrica de Marab (Rio Tocantins PA) como mostra a figura 2, essa rea de captao

ser tratada neste trabalho comosub-bacia.A escolha por Carolina e Conceio do Araguaia como limites da sub-bacia a

montante, deve-se a maior disponibilidade de dados fluviomtricos em ambos os postos, a

possibilidade de uma previso com significativa antecipao e por ser um trecho sem

obstrues por obras hidrulicas tanto no rio Araguaia como no rio Tocantins. Ento, a sub-

bacia possui uma rea de aproximadamente 97.609 km, abrangendo os estados do Tocantins,

Par e Maranho. Seguindo o curso do rio Araguaia de Conceio do Araguaia at a

confluncia com o rio Tocantins as principais contribuies hidrolgicas so dos rios Pau

DArco e Maria na margem esquerda, Muricizal, Corda e Lontra na margem direita. J no rio

Tocantins destacam-se os rios Farinha, Lajeado e Jacund na margem direita.


24/119

23

Figura 2. Sub-Bacia Marab, Conceio do Araguaia e Carolina.

3.2 ASPECTOS PEDOLGICOS

O conhecimento do solo, tais como profundidade, textura, drenagem, etc,

importante na compreenso do escoamento resultante da precipitao. Para Tucci (2005) apso incio da chuva, existe um intervalo de tempo em que o nvel do rio comea a subir, este

tempo retardado de resposta deve-se as perdas iniciais por interceptao vegetal e depresses

do solo, alm do prprio retardo de resposta da bacia devido ao tempo de deslocamento de

gua na mesma.

Em relao aos aspectos pedolgicos da sub-bacia, predominam na rea solos bem

desenvolvidos, como os Argissolos, Latossolos, Nitossolos e Neossolos Quartznicos. Apesar

de terem diferentes caractersticas morfolgicas (textura, estrutura, diferenciao entre oshorizontes, fertilidade, etc), estes solos tm a caracterstica comum de serem profundos,

desenvolverem-se em relevos pouco ou medianamente dissecados e apresentarem drenagem

boa a muito boa.

Em regies com baixa declividade h ocorrncia tambm de solos mal drenados

dos tipos Vertissolo e Plintossolo. Portanto as caractersticas como textura argilosa, baixa

profundidade, favorveis ao escoamento superficial, so balanceadas pela suave ondulao

que propicia a infiltrao e consequentemente o escoamento sub-superficial.

Nas reas de maior declividade h ocorrncia de Cambissolos e Neossolos

Litlicos, que tratam-se de solos pouco profundos e mal desenvolvidos. Nas reas de plancies


25/119

24

econtram-se Gleissolos e Neossolos Flvicos, que so solos mal drenados periodicamente

alagados. A Caracterizao bsica mostrada na tabela 1.

Ao longo do rio Araguaia no trecho entre Conceio do Araguaia (8,3S) e

Xambio (6,5S), h predominncia de solo Podzlico (Argissolos) e mnima ocorrncia de

Plintossolo, Cambissolo e Latossolo, ou seja, grande parte dessa rea possui solos favorveis

a infiltrao indicando a possibilidade de um lagmaior entre a precipitao e a vazo. J no

trecho entre 7,5S (Carolina) e 6S (Descarreto) ao longo do rio Tocantins, h uma maior

variedade de solos, entre eles esto Neossolos Qartiznicos, Latossolos, Cambissolos,

Plintossolos, Nitossolos e Vertissolo. Nas reas entre 6S at Marab os solos so do tipo

Argissolos, Latossolos, Neossolos Quartiznicos, Plintossolo e cambissolo. O mapeamento

das classes de solos pode ser observado no anexo 1.

Tabela 1. Caracterizao dos tipos de solos que ocorrem na sub-bacia.Classificao Profundidade Textura Drenagem Relevo

Argissolos(Podzlico)

Profundo Argilosa a mdia BoaSuave ondulado eondulado

Latossolos Muito Profundo Mdia a argilosa Boa a muito boaPlano, suave onduladoe ondulado

NeossolosQuartznicos

Muito Profundo ArenosaFortementedrenado

Plano e suaveondulado

Cambissolo Pouco profundo Argilosa a mdia

Bem drenado /mal

drenado Forte onduladoSolos Litlicos Raso

Franco argilosa aargilosa

Mal drenado Escarpado

VertissoloMedianamenteprofundo

Argilosa Mal drenadoSuave ondulado aplano

Plintossolo Pouco profundo Argilosa Mal drenadoSuave ondulado ePlano

Gleissolo Pouco profundo Argilosa Mal drenado Plano

Solo AluvialMedianamenteprofundo

IndiscriminadaMuito mal a maldrenado

Plano

Fonte: SIVAM/IBGE, 2004.

3.3 ASPECTOS GEOMORFOLGICOS

A abordagem do aspecto geomorfolgico procura enfatizar as feies mais

relevantes que influenciam na distribuio dos recursos hdricos superficiais. Em grande parte

da rea de estudo predominam as depresses, cuja formao, caracterizada por prolongados

processos de eroso, deu origem a declividades muito baixas, na faixa de 0 a 6% e cotas

altimtricas abaixo de 300 metros. Nas reas de menor declividade encontram-se ainda as

plancies, que so superfcies muito planas formadas por processo de sedimentao recente de


26/119

25

rios, mares ou lagos. Na rea de estudo as plancies so pouco expressivas e ocorrem em

regies adjacentes aos rios de maior porte.

As reas mais dissecadas so relacionadas aos planaltos, que so superfcies

irregulares com altitudes acima dos 300 metros formados por processos de eroso sobre

rochas cristalinas, metamrficas ou sedimentares. Na rea de estudo os planaltos so

encontrados tambm em forma de serras, patamares e chapadas. As maiores declividades e

altimetrias ocorrem nas seguintes unidades geomorfolgicas:

Serra de So Flix e Planaltos Residuais do Sul do Par na poro oeste da bacia;

Serras das Andorinhas, Patamares do Araguaia e Planalto do Interflvio Tocantins

Araguaia na regio central da bacia;

Chapadas e Planos do Rio Farinha (figura 3) e Patamar de Porto Franco/Fortaleza dos

Nogueiras nas reas de interflvio entre as Bacias Hidrogrficas Tocantins/Araguaia e

Tocantins/Regio hidrogrfica Atlntico Nordeste Ocidental.

Grande parte das reas no curso do rio Araguaia (prximo a Conceio do Araguaia)

so de depresses e baixa declividade, essas caractersticas so favorveis ao escoamento

subterrneo (infiltrao) e retardam a resposta da precipitao na vazo. Por outro lado, asregies em torno do municpio de Carolina possuem uma maior declividade, onde esto

localizados o Patamar de Porto Franco e as Chapadas do Rio Farinha, tornando a rea com

rpida resposta hidrolgica na vazo. As reas mais baixas esto prximas a Marab, onde

encontram-se o Patamar Dissecado Capim-Moju, Depresso do Baixo Araguaia e a Depresso

de Imperatriz. Estes dados podem ser observados nos mapas encontrados nos anexos 2, 3 e 4.


27/119

26

Figura 3. Fotografia de uma rea representativa de relevo mais dissecado encontrado nas Chapadas ePlanos do Rio Farinha.

3.4 USO DO SOLO

O uso e a ocupao do solo, tanto no meio rural quanto no meio urbano,

constituem-se um fator importante nos processos hdricos, logo, importante o conhecimento

bsico dos processos de escoamento e infiltrao nos diversos tipos de cobertura do solo para

uma melhor interpretao nos resultados dos parmetros do modelo (LEAL, 2001).

Segundo a Comisso para Coordenao do SIVAM/IBGE (anexo 5) predominam

na rea, especialmente na poro oeste, reas antropizadas com pastagens (figura 4.a) e

agricultura cclica. Nesta poro mais desmatada havia ocorrncia de grandes extenses de

mata primria, restando apenas pequenos polgonos preservados, como a Terra Indgena Me

Maria a nordeste de Marab.

H ocorrncia expressiva de floresta ombrfila aberta (figura 4.b) e vegetao

secundria com palmceas na parte central da rea de estudo (figura 4.c). Na regio sudeste h

predominncia de cerrados (figura 4.d) ou savanas (segundo classificao do IBGE). Ao sul

da sub-bacia h tambm a ocorrncia deste tipo de vegetao em uma rea expresssiva que

encontra-se preservada em meio a regies de grande antropizao.


28/119

27

provvel que as reas desmatadas (pastagens e culturas) com solo exposto

registrem um maior escoamento superficial em relao s reas com mata primria e cerrados

onde h maior interceptao e infiltrao.

(a) (b)

(c) (d)Figura 4. (a): fotografia de uma rea de pastagem, prximo ao municpio de Conceio do Araguaia;(b): Fotografia de uma floresta Ombrfila aberta; (c): Fotografia de uma vegetao secundria compalmeiras; (d): Fotografia de vegetao de cerrado.

3.5 O MUNICPIO DE MARAB-PA

O modelo desenvolvido nessa pesquisa foi para o posto do municpio de Marab,

que est situado no sudeste do estado do Par, margem esquerda do rio Tocantins. Este

municpio compreende uma rea de 15.157,90 km, sendo que em 18,35% desta, encontram-

se reas de conservao florestal com jurisdio federal. Com uma populao de 200.871

pessoas, segundo o IBGE em outubro de 2007, a sede de Marab est dividida em 5 ncleos:


29/119

28

Marab Pioneira, Cidade Nova, Nova Marab, So Felix e Morada Nova, separados por rios

ou reas alagveis, conforme indica a figura 5.

At a dcada de 1960 existiam apenas os ncleos Marab Pioneira e So Felix,

porm em 1971 a ineficincia do Projeto de Colonizao da Amaznia implantado pelo

Governo Federal por meio do Instituto de Colonizao e Reforma Agrria (INCRA) resultou

em colonos que venderam suas terras ao longo das rodovias na regio sudeste do Par e foram

procurar moradias na cidade de Marab, essa presso populacional somada a acessibilidade a

novas terras proporcionada pela Rodovia Transamaznica culminou, em 1971, no

desenvolvimento dos ncleos Cidade Nova, Morada Nova e Nova Marab, este ltimo surgiu

dentro de um projeto do Governo Federal que decidiu transferir a populao da Marab

Pioneira, em decorrncia das enchentes, para esse novo local, atravs do PDUM Plano deDesenvolvimento Urbano de Marab (PNUAH; PNUMA; MMA, 2006).

Na cidade de Marab a grande presso demogrfica e econmica resulta em

diversos problemas ambientais, devido ao rompimento do equilbrio natural como

conseqncia, principalmente, do mau uso e ocupao do solo e do crescimento demogrfico

desordenado. De acordo com o PNUAH; PNUMA; MMA (2006) projetos de extrao

mineral, de indstrias de produo de ferro gusa, atividades pecurias e madeireiras, entre

outras atividades, alm do seu potencial de degradao e poluio, vem causando atravs deum processo de imigrao de outros estados um aumento populacional considervel. O uso e

ocupao das reas no estruturadas levam poluio do solo, da gua e do ar, sendo a

poluio deste ltimo agravada atravs de indstrias e da emisso de gases por veculos

motorizados.

Essa pesquisa enfatizou o impacto causado pelas enchentes anuais que atinge a

populao de alguns ncleos, dentre eles principalmente Marab Pioneira, que so ocupados

por edificaes habitacionais, comerciais e de servios. As inundaes so provocadas pelacheia do rio Tocantins e tambm do rio Itacaiunas, ocasionando doenas de veiculao

hdrica, desalojamento da populao, custos de acolhimento desta populao e deteriorao

dos patrimnios pblicos e privados. A ocupao de reas vulnerveis a previsveis enchentes

anuais, como o caso de grande parte da Marab Pioneira, justifica-se pela dependncia

econmica a atividades para as quais o local apresenta grandes vantagens relacionadas ao

modo de vida ribeirinha.


30/119

29

Figura 5. Cidade de Marab. (Fonte: Google Maps)

Marab PioneiraNova Marab

So Felix

Morada Nova

Cidade Nova


31/119

30

4 DADOS E MTODOS

4.1BASE DE DADOS

Esta pesquisa utilizou dados fluviomtricos mdios dirios e precipitao total

diria, os quais foram obtidos do Banco de Dados Hidrometeorolgicos (Hidro) da Agncia

Nacional de gua (ANA). Os dados fluviomtricos (tabela 2 e figura 6) so referentes s

estaes de Conceio do Araguaia, Xambio, Araguatins, Carolina, Descarreto e Marab,

localizadas nos rio Tocantins e no seu principal afluente o Araguaia. Os dados utilizados so

referentes s estaes localizadas na figura 6 e descritos no Anexo 6.

Para a anlise dos padres de sistemas meteorolgicos de grande escala, utilizoudados de um perodo de 33 anos (1974-2006) da reanlise mdia-diria das componentes

zonal (u) e meridional (v) do vetor vento, da velocidade vertical () e presso atmosfrica ao

nvel mdio do mar (PNM) produzidos pelo National Centers for Environmental

Predictions/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) (KALNAY et al.,

2002). Estes dados esto disponveis em 11 nveis troposfricos (1000, 925, 850, 700, 600,

500, 400, 300, 250, 200 e 150 hPa). Os dados dirios de Radiao de Onda Longa (ROL)

derivam-se daNational Oceanic and Atmospheric Administration(NOAA) que usam satlitesmeteorolgicos de rbita polar como identificadores da conveco tropical (LIEBMANN;

SMITH, 1996). Alm desses, os dados mensais de Temperatura da Superfcie do Mar (TSM)

dos Oceanos Pacfico e Atlntico obtidos do Climate Prediction Center/NCEP tambm so

usados (REYNOLDS et al., 2002). As reanlises do NCEP/NCAR e os dados de ROL esto

em uma grade global de 2,5 2,5 de lat e lon, e a TSM em uma grade global de 1 1.

A ROL medida por satlite pode ser usada como uma aproximao para a

conveco profunda nos trpicos e nos subtrpicos, uma vez que valores baixos de ROL sobreestas regies geralmente indicam atividade convectiva profunda (Zhang, 1993). Neste

trabalho anomalias negativas de ROL so associadas com a conveco profunda de grande

escala, como em Chaves (2003).

Os impactos socioeconmicos causados pelas cheias na orla da cidade de Marab

sero mostrados e quantificados com base nas informaes da Coordenadoria Regional de

Defesa Civil da Amaznia Legal (CORDEC-AML), da Coordenadoria Estadual de Defesa

Civil CEDEC/PA e do Relatrio de Avaliao da Vulnerabilidade Ambiental-Marab de

2006 realizado em parceria pelo Programa das Naes Unidas para os Assentamentos


32/119

31

Humanos (PNUAH), Programa das Naes Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) e

Ministrio do Meio Ambiente (MMA).

Figura 6. Localizao das estaes pluviomtricas e fluviomtricas.

A distribuio espacial da precipitao ser feita utilizando-se o programa

Interpola (SOUZA et al, 2004) que baseia-se no mtodo do inverso da distncia ao quadrado

(Funes de Green) para fazer interpolaes de dados esparsos para uma grade regular ou

no regular dentro de um mesmo domnio. A interpolao ser feita para uma grade com

resoluo de 20 km.

4.2 MTODO DOS QUANTIS

A metodologia estatstica de anlise dos dados mensais utilizada neste trabalho a

Tcnica dos Quantis. Essa tcnica adequada tanto para dados de chuva quanto para vazo,


33/119

32

por permitir quantificar o nvel de gravidade e ocorrncia de um determinado evento por

faixas ou categorias de ordem quantilicas, comportando faixas de transio, de uma ordem

outra, adequadas ao evento estudado (XAVIER; XAVIER, 1999). Basicamente, a formulao

desta tcnica a seguinte (conforme XAVIER; XAVIER, 1999; XAVIER et al., 2002):

Seja uma srie temporal (X1, X2, ... , Xn) contendo dados mensais de vazo ou

precipitao com n sendo o tamanho da amostra, ou seja, n= 264, considerando cada ms

entre os anos de 1985 a 2006. Com base nesta srie contnua, calculam-se os quantis ou

percentis Q(0,15), Q(0,35), Q(0,65) e Q(0,85) cuja finalidade permitir a delimitao das

faixas ou categorias dos dados observados. Assim sendo, considerando que Q(p) so as ordens

quantlicas p=0,15; 0,35; 0,65; e 0,85, logo um determinado dado de chuva do ms i passa a

ser considerado na categoria:MUITO SECO quando Xi !Q(0,15)

SECO quando Q(0,15) < Xi !Q(0,35)

NORMAL quando Q(0,35) < Xi < Q(0,65)

CHUVOSO quando Q(0,65) !Xi < Q(0,85)

MUITO CHUVOSO quando Xi "Q(0,85)

Aplicando os procedimentos acima na srie de vazo, temos as seguintes

categorias de percentis:MUITO ABAIXO quando Xi !Q(0,15)

ABAIXO quando Q(0,15)< Xi !Q(0,35)

NORMAL quando Q(0,35)< Xi < Q(0,65)

ACIMA quando Q(0,65)!Xi < Q(0,85)

MUITO ACIMA quando Xi "Q(0,85)

4.3 COMPOSIES

A tcnica de composies conhecidamente eficiente em identificar os padres

mdios e caractersticas principais associadas a um determinado fenmeno climtico ou outro

evento que ocorre com certa periodicidade, trata-se de uma mdia aritmtica de todos os

eventos extremos da srie. A eficcia dessa ferramenta depende muito dos critrios de seleo

do fenmeno ou evento a ser analisado, os quais devem ser bem fundamentados. Neste caso

aplicou-se teste de hiptese para aceitar/eliminar as anomalias estatisticamente significantes,

segundo o teste-tde Student com 95% nvel de confiana (SOUZA et al., 2005).


34/119

33

Neste trabalho utiliza-se da referida tcnica de composies para definir a

estrutura dinmica mdia dos anos com vazo nas categorias Acima/Muito Acima e

Abaixo/Muito Abaixo. Foram feitas composies mensais para as variveis TSM, ROL, PNM

e vento assim como das precipitaes mensais na bacia estudada para os meses de enchente

definidos pela climatologia da vazo. O tempo de resposta da vazo precipitao poder ser

significativo quando se trata de grandes bacias, portanto analisou-se a precipitao tambm

para o ms anterior ao ms de vazo extrema para os respectivos anos de composio. Ento,

os anos selecionados para as composies mensais foram baseados nos resultados da

categorizao da srie de vazo e quando o extremo de vazo persistiu por no mnimo dois

meses consecutivos.

4.4MODELAGEM HIDROLGICA

A seguir uma breve discusso do uso da modelagem emprica e conceitual nas

principais bacias da Amrica do Sul, alguns resultados e a descrio do modelo desenvolvido

nesta pesquisa.

4.4.1 Modelagem Emprica e Conceitual

Dentro da aplicao de modelos hidrolgicos uma das principais questes est na

escolha do modelo a ser utilizado. Segundo Tucci (2005) os principais aspectos a serem

considerados so: objetivos do estudo, as caractersticas da bacia e do rio, disponibilidade dos

dados e familiaridade com o modelo.

Desenvolver um modelo de previso de vazo para Marab-PA que possui uma

rea de drenagem de 690.920 km, com vazes da ordem de 10

4

m/s pode ser alcanadoutilizando-se diversos tipos de modelos, porm os modelos que utilizam relaes estatsticas

baseadas em observaes tm apresentado bons resultados em grandes bacias como observado

em Castilho e Oliveira (2001), Guilhon (2002) e Medeiros et al. (2007), alm de sua simples

metodologia o mnimo nmero de variveis utilizadas e os resultados satisfatrios so

atrativos para desenvolver projetos em um curto espao de tempo.

Na previso de enchente a curto prazo as principais limitaes so devidas aos

dados de entrada do modelo. Se o modelo utilizado for baseado nos processos fsicos

certamente necessitar de uma gama maior de dados para gerar a vazo, sendo este um dos

motivos pelo qual a grande parte dos modelos hidrolgicos de grandes bacias sejam


35/119

34

desenvolvidos apenas para simulao ou previso a longo prazo. Segundo Neto (2006) grande

parte dos trabalhos de modelagem hidrolgica j realizados na bacia Amaznica utilizam

passo de tempo mensal ou superior.

Na prtica, a escolha do modelo a ser utilizado para previso tambm

dependente do menor erro apresentado nas validaes e aplicaes. Assim como os empricos,

os modelos conceituais tambm possuem grandes limitaes, como:

Escala dos Processos: a heterogeneidade espacial dos sistemas hdricos e a

incerteza com a qual os parmetros e processos so medidos em diferentes escalas; a

dificuldade de representar os processos caracterizados e analisados na microescala

para outras escalas da bacia hidrogrfica e a falta de relao entre os parmetros de

modelos matemticos com as diferentes configuraes espaciais encontradas na

natureza so fatores intervenientes na representao dos processos hidrolgicos em

diferentes escalas. Segundo Mendiondo e Tucci (1997), o problema da escala reside

em conhecer como variveis e parmetros so representados em escalas diferentes e

como estabelecer as funes de transferncia entre essas escalas, pois, normalmente,

a equao para representar um determinado fenmeno levantada a partir de

experimentos de campo em uma rea limitada. Um exemplo conhecido a equao

de infiltrao obtida por meio de experimentos de campo para uma rea de poucoscm, quando utilizada em uma rea de muitos m ou km os parmetros da equao

devem ser modificados. Segundo Neto (2006) a estimativa dos parmetros dos

modelos carregam o maior grau de incerteza em uma simulao hidrolgica.

Variveis de Entrada: dentre as variveis de entrada que possuem maior

importncia destacam-se a precipitao, evapotranspirao e a vazo. Em uma

regio com baixa densidade de estaes hidrometeorolgicas, a base de dados

tambm limitam uma melhor estimativa dos modelos, por exemplo, o clculo daevapotranspirao pelo mtodo de Penman-Monteith empregado no modelo MGB-

IPH (COLLISCHONN, 2001) utiliza valores de umidade relativa do ar, presso

atmosfrica, temperatura do ar, radiao lquida na superfcie, insolao mxima,

velocidade do vento, entre outros, os quais possuem um nmero bem menor de

pontos de observao em relao a precipitao e vazo.

Escoamento Superficial: segundo Collischonn e Tucci (2001) uma das

chaves principais da representao de uma bacia em determinada escala est noclculo do escoamento superficial. Ao utilizar o MGB-IPH, que possui a mesma

formulao de escoamento superficial do modelo ARNO (TODINE, 1996), Neto


36/119

35

(2006) relata que o escoamento superficial o componente mais importante e de

difcil determinao em virtude dos inmeros fatores intervenientes como tipo de

solo da bacia, cobertura vegetal, estado de umidade do solo e topografia do terreno.

Certamente as limitaes da modelagem emprica sero tratadas nos prximos

captulos com base nos resultados obtidos nessa pesquisa.

A seguir so apresentados alguns resultados de aplicaes da modelagem

conceitual e emprica para dar uma viso da situao atual da modelagem hidrolgica.

Andreolli (2003) aplicou o MGB-IPH para previso a curto prazo no rio Uruguai.

Observa-se na figura 7 bons resultados na seo de Machadinho com rea de drenagem de32.000 km, contudo o modelo teve dificuldades em algumas vazes de pico apresentado os

maiores erros na previso. J na seo de Passo Caru (drenagem ~ 10.000 km) observa-se

pela figura 8 erros significativos na aplicao do modelo, porm, segundo Andreolli (2003), a

aplicao em Passo Caru pode estar comprometida por possveis erros na curva-chave da

seo.

Figura 7. Hidrograma simulado/observado no perodo de previso contnua Machadinho. (Fonte:Andreolli, 2003).


37/119

36

Figura 8. Hidrograma simulado/observado no perodo de previso contnua Passo Caru. (Fonte:Andreolli, 2003).

Na aplicao do MGB-IPH por Allasia et al. (2004) na bacia do rio Paraguai observa-se

pela figura 9 a previso na seo Miranda do rio Miranda que alguns picos de vazo so

superestimados e outros subestimado, tais erros foram atribudos pelos autores m qualidade

nos dados de precipitao e baixa densidade dos postos pluviomtricos na bacia.

Figura 9. Hidrograma de vazo diria calculada e observada do rio Miranda em Miranda, de dezembrode 1995 a agosto de 1998. (Fonte: Allasia et al., 2004).


38/119

37

Aplicao de modelagem estatstica na bacia do rio Iguau em Foz do Areia por Guilhon

(2002) que utilizou regresso linear para previso semanal de vazo no perodo de abril de

2000 a maro de 2001, apresentando um erro mdio absoluto de 18%, conforme figura 10.

Figura 10. Resultados da validao para o perodo de maio de 2000 a maro de 2001. (Fonte: Guilhon,2002).

Modelo emprico de previso a curto prazo utilizando regresso linear aplicado por

Castilho e Oliveira (2001) na bacia do Rio Doce em trecho com rea de drenagem de 38.000km mostrou bons resultados como pode ser observado na figura 11 o grfico da validao

para o perodo de 1996 a 1997.

Figura 11. Hidrograma observado/previsto para o perodo de outubro de 1996 a outubro de 1997 nabacia do rio Doce. (Fonte: Castilho e Oliveira, 2001).


39/119

38

Segundo Tucci (2005) os modelos empricos geralmente mostram resultados

muito bons em rios de grande porte quando a contribuio da bacia incremental

insignificante, principalmente quando o escoamento lento. Para Tucci e Collischonn (2007)

os modelos empricos podem ser adaptados para incluir como varivel explicativa a

precipitao. Neste caso as previses de vazo para antecedncias maiores podem ser to boas

quanto as obtidas por modelos conceituais.

4.4.2 Descrio do Modelo

O modelo hidrolgico usado emprico e estocstico, foi baseado no mtodo de

regresso linear mltipla, utilizando as sries de observaes fluviomtricas e pluviomtricaspara obter equaes que possibilitem prognsticos confiveis.

O desenvolvimento de modelos prognsticos mais simples, baseados em

observaes, que podem operar satisfatoriamente em grandes bacias, no qual est baseado o

modelo de previso para Marab, fundamenta-se nas correlaes lineares entre os nveis ou

vazes do lugar do prognstico (B) e de outro lugar localizado montante do mesmo (A),

conforme ilustra a figura 12.

Figura 12. Esboo de deslocamento em canal aberto de um ponto a outro.

A relao neste caso :

(1)

Onde: ( )tHB o nvel/vazo fluviomtrico na estao B no tempo (t);

( )ttHA o nvel/vazo fluviomtrico na estao A (a montante de B) no tempo

(t-t), sendo t o tempo necessrio para que a gua se movimente de A a B;

10 aea so constantes a determinar utilizando-se do ajuste dos mnimos quadrados.

importante saber que este mtodo despreza os erros aleatrios provenientes de

variveis no consideradas na correlao e que podem ser ou no relevantes para explicar a

varivel independente, portanto tais variveis passam a pertencer aos resduos.

BA

( ) ( )ttHaatH AB += .10


40/119

39

O ajuste dos mnimos quadrados minimiza os desvios entre a varivel independente e

as variveis explicativas. Aplicando o mtodo de regresso linear mltipla temos:

Considerando um posto qualquer como varivel dependente e outros montante

como variveis independentes, para os pontos ( ){ }nizyx iii ,,2,1,,, K= , podemos aplicar a

seguinte equao linear.

(2)

Onde:z a varivel dependente exey so os outros postos a montante (independentes).

Pelo mtodo dos mnimos quadrados, os coeficientes de regresso a, be cpodem

ser encontrados resolvendo as equaes a seguir.

++= iini ycxbaz

iiiiii yxcxbxazx ++= 2 ni ,,2,1 K= 2 ++= iiiiii ycyxbyazy

(3)

Onde:

( )( )[ ] = iiiiii zyzynxxnA 22

( )( ) ( )( ) = iiiiiiii zxzxnyxyxnB

( )( )[ ] ( )( )[ ]

( )

=

22ii

iiiiiiii

xxn

yxyxnczxzxnb (4)

( ) ( ) ( )[ ] = iii xbyczna1

(5)

ycxbaz ++=

( )[ ] ( )[ ] ( )( )[ ]22222

=iiiiiiii yxyxnyynxxn

BAc


41/119

40

( )

( ) ( )

n

zz

zn

zyczxbzaR

ii

iiiiii

2

2

2

2

1

++= (6)

Onde R2 o coeficiente de determinao ou varincia como mais conhecido, calculado

atravs da equao (6), o qual compara valores dezestimados e reais e seu valor varia entre 0

e 1. Se for igual a 1, existir uma correlao perfeita na amostra no haver diferena entre

os valores dezestimados e os valores reais; r,coeficiente de correlao, a raiz quadrada da

varincia.

O clculo dos coeficientes de regresso linear tambm pode ser feito utilizando a

planilha eletrnica do MSOffice_Excel com a funo PROJ.LIN, que calcula alm dos

coeficientes de regresso o de determinao.

O modelo de previso de vazo desenvolvido para Marab utilizou como variveis

explicativas dois postos fluviomtricos a montante e a precipitao mdia da bacia

intermediria.

4.4.2.1Discretizao Espacial

Em particular, o posto de Marab recebe a contribuio significativa do rio

Araguaia, de modo que a modelagem baseada no deslocamento de uma partcula de gua de

um ponto a outro torna-se no muito simples, pois Marab recebe a onda de cheia combinada

dos rios Tocantins e Araguaia. Por outro lado, a incluso da precipitao como uma varivel

de entrada no modelo implica em diferentes respostas na vazo quando aumentamos a rea da

bacia onde calculada a precipitao mdia. Com base nessas questes, os postos

fluviomtricos de Xambio, Araguatins e Descarreto foram utilizados como pontos de

controle para cada trecho dos rios at Marab, para assim diminuir a rea de clculo da

precipitao mdia, obtendo-se um melhor tempo de percurso da chuva at Marab. A sub-

bacia estudada conforme mostra a figura 2, passou a ser subdividida em mais 4 reas (figura

13), a rea 01 entre Conceio do Araguaia e Xambio, sub-bacia 02 entre Xambio e

Araguatins, sub-bacia 03 entre Carolina e Descarreto e sub-bacia 04 entre

Araguatins/Descarreto e Marab. Portanto para esta pesquisa o tratamento da precipitao se

deu conforme o fluxograma 1.

Assim, o tempo de percurso (#t) da precipitao mdia de cada sub-bacia at o

posto principal de previso ser definido como o tempo de influncia no posto de controle


42/119

41

(P(t-t)) mais o tempo de percurso do posto de controle at o posto principal (Q(t - $t)). Esses

clculos tambm foram feitos atravs da correlao linear, na seqncia (onde r o

coeficiente de correlao e PA a precipitao na rea intermediria):

a) correlacionando de forma simples Carolina e Descarreto para definir o #t (r ~

1);

b) definido o #t entre Carolina e Descarreto inseri-se a precipitao mdia da

rea 03 na correlao que passa a ser mltipla com Carolina e a precipitao mdia como

variveis independentes e Descarreto como dependente, defasando-se agora somente a

precipitao at chegar no coeficiente de correlao mais prximo de 1 (r ~ 1) definindo-se o

#t da precipitao at Descarreto;

c) para estabelecer o percurso da PA03 at Marab correlaciona-se Descarreto eMarab, aps definir o #t entre Descarreto e Marab soma-se ao #t encontrado entre a PAe

Descarreto. Esse procedimento o mesmo para os outros trechos (rea 01, 02 e 04).

As variveis de entrada do modelo so as vazes de Carolina e Conceio do

Araguaia, e as precipitaes das reas 01, 02, 03 e 04. Assim, tambm ser definido o tempo

de percurso entre os respectivos postos de vazo e Marab atravs da correlao simples

buscando o melhor coeficiente de correlao (r ~ 1).

Figura 13. Discretizao espacial da sub-bacia estudada.


43/119

42

Fluxograma 1. Representao esquemtica do modelo. Onde: Q vazo,PA a precipitao mdia

na rea e t= 0, 1, 2, ..., n (dias).

A cheia e a estiagem sero tratadas separadamente; portanto, ser desenvolvido

um modelo para o perodo de dezembro a maio e outro para o perodo de junho a novembro,

no intuito de obter melhores resultados no clculo do tempo de percurso entre um ponto e

outro. A resposta da precipitao mdia na vazo mais dinmica na enchente e mais lenta na

P(t1

-t)

P(t3-

t)

P(t2-

t)

P(t4-

t)

Q(t3

-t)

Q(t2

-t)

Q(t4-

t)

Q(t1-

t)

Q_CAROLINA

PA03

Q_DESCARRETO (t1)

PA04

Q_ARAGUATINS(t3)

PA01

Q_MARAB(t4)

Q_CONC. DO ARAGUAIA

Q_XAMBIO(t2)

PA02

Q(t4

-t)


44/119

43

estiagem associada ao fato de nos meses chuvosos o solo por estar mais saturado potencializa

o escoamento superficial implicando em uma maior e mais rpida contribuio na vazo.

Collischonn (2001) diz que medida que uma maior porcentagem da rea atinge a saturao,

maior ser a gerao de escoamento superficial.

A calibrao foi feita utilizando-se o perodo de janeiro de 1999 a dezembro de

2003 e a validao para o perodo de janeiro de 2004 a maio de 2006. Os perodos de

calibrao e validao foram em funo da maior disponibilidade de dados pluviomtricos.

A precipitao mdia em cada sub-bacia foi calculada pelo mtodo de Thiessen o

qual considera a distribuio espacial desuniforme dos postos, mas no leva em conta o relevo

da bacia. A metodologia consiste no seguinte: a) ligar os postos por trechos retilneos; b)

traar linhas perpendiculares aos trechos retilneos passando pelo meio da linha que liga osdois postos; c) prolongar as linhas perpendiculares at encontrar outra. O denominado

polgono de Thiessen formado pela interseo das linhas, correspondendo rea de

influncia de cada posto. A precipitao mdia na sub-bacia calculada por:

=

=n

iiim PAA

P1

..1

(7)

Onde:Ai= rea de influncia do posto i;Pi= precipitao registrada no isimo posto; n= o

total de estaes pluviomtricas eA= rea total da bacia.

O mtodo fornece bons resultados em terrenos levemente acidentados, quando a

localizao e exposio dos pluvimetros so semelhantes e as distncias entre eles no so

muito grandes. Esperam-se resultados satisfatrios com este mtodo em funo de

declividades muito baixas encontradas na rea de estudo, conforme observado no anexo 4.Levando em considerao a baixa densidade pluviomtrica da rea modelada, a

precipitao mdia de cada sub-bacia obtida em mm/dia 100% convertida para vazo (m/s)

levando-se em considerao a rea da sub-bacia e fazendo-se as devidas converses das

unidades, logo desconsiderou-se os efeitos de infiltrao, interceptao, entre outros. Ento a

relao fica:

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )MAPMAPMAPMAPMCCMACACM

ttQattQattQa

ttQattQattQaatQ

AAA

A

++ ++++= 040460303502024010132..10

...

... (8)


45/119

44

Onde: ( )tQM a vazo em Marab no tempo ( )t ;

( )MACAC ttQ .. a vazo em Conceio do Araguaia no tempo MACtt . , sendo

MACt . o tempo necessrio para que a gua se movimente de Conceio do Araguaia a

Marab;

MCC ttQ a vazo em Carolina no tempo MCtt , sendo MCt o tempo

necessrio para que a gua se movimente de Carolina a Marab;

( )MAP ttQ A 0101 a vazo proveniente da precipitao mdia da rea 01 do tempo

MAtt 01 , sendo MAt 01 o tempo necessrio para que a gua escoe da rea 01 at o canal

em Marab;



em Marab;



em Marab;



em Marab;

As constantes 543210 ,,,,, aaaaaa e 6a so determinadas utilizando-se do ajuste dos

mnimos quadrados.

4.4.3Estatstica de Avaliao do Modelo

Para avaliar o desempenho do modelo, sero aplicados testes estatsticos, tais

como: erro relativo de previso, coeficiente de Nash e o erro padro descritos respectivamente

a seguir pelas equaes (9), (10) e (11).

100.

= cal

obscalR Q

QQE (9)


46/119

45

( )

( )

=

2

2

1obsobs

calobs

QQ

QQNS (10)

( ) ( )

( )( )[ ]

( )

=

22

222 .

2

1

obsobs

calobscalobscalcal

QQn

QQQQnQQn

nnEP (11)

Onde: obsQ a vazo observada; calQ a vazo calculada; obsQ a vazo mdia observada; n

o nmero de dados.

O coeficiente de eficincia introduzido por Nash e Sutcliffe - NS (1970) a

proporo com que o modelo explica a varincia das vazes observadas. O coeficiente de NS,

tem um valor mximo igual a 1, que corresponde a um ajuste perfeito entre vazes calculadas

e observadas. O valor de NS fortemente influenciado por erros nas vazes mximas. O

desempenho de um modelo considerado adequado e bom se o valor de NS supera 0,70, e

considerado aceitvel se o valor de NS ficar entre 0,36 e 0,70 (GOTSCHALK E

MOTOVILOV, 2000). O erro padro uma medida da quantidade do erro da previso, nesse

caso em relao ao mximo valor ocorrido no perodo.

4.5 PREENCHIMENTO DE FALHAS NOS DADOS

Para as estaes de vazo que apresentaram ausncia de dados em determinados

trechos do perodo, o preenchimento adotou a metodologia descrita pelo Departamento

Nacional de guas e Energia Eltrica (DNAEE, 1980). Para preencher falhas na estao X,

utilizar os postos YeZ(no mesmo rio e prximos aX) como apoio. Logo, a vazo da estao

Xdo dia ido msj(XD(i, j)), determinada atravs da equao.

( )

( )( )

( )( )

( ) ( )22,

2

,

2

,.

...XZXY

jiDEDXZ

jiDEFDXY

jiDRR

SOMXZ

SOMZ

RY

SOMY

RX

+= (12)

Onde: XYR o coeficiente de correlao entre os postos X e Y; XZR o coeficiente de

correlao entre os postos X e Z; SOMX a mdia dos valores mensais registrados em X;

SOMY a mdia dos valores mensais registrados em Y; SOMZ a mdia dos valores

mensais registrados emZ; DY o dado dirio do posto Y; DZ o dado dirio do postoZ; iDEF


47/119

46

igual a i+ iDEFY , onde iDEFY a defasagem entreXe Y; iDE igual a i+ iDEFZ , onde iDEFZ a

defasagem entreXeZ.

No caso da precipitao o preenchimento adotar o Mtodo da Ponderao

Regional, de acordo com Bertoni e Tucci (2001), que sintetizada na equao (13) abaixo.

mmmm

YX

X

X

X

X

XY ..

3

1

3

3

2

2

1

1

++= (13)

Onde: Y a precipitao do posto a ser estimado; X1, X2, X3 so as precipitaes

correspondentes ao dia (ms ou ano) que se deseja preencher, observadas em trs estaes

vizinhas; Xm1, Xm2, Xm3 so as precipitaes mdias nas trs estaes vizinhas; Ym a

precipitao mdia do posto a ser estimado.


48/119

47

5 RESULTADOS

Os resultados foram divididos em:

i) Aspectos climatolgicos (mdia para o perodo base de 1985-2006), que mostra os

resultados mensais da vazo, precipitao, valores e intervalos da categorizao e padres

atmosfricos;

ii) Composies dos Eventos Extremos de vazo registrada em Marab, os quais

foram selecionados objetivamente pelo mtodo dos percentis. Nestas composies

investigam-se os aspectos regionais da precipitao na escala da bacia hidrogrfica, bem

como a estrutura dinmica associada aos padres oceano-atmosfera atravs dos campos e

anomalias mensais de TSM, vento, ROL e circulao troposfrica. A anlise desses resultadosfoi focada para as regies da bacia do rio Tocantins a montante de Marab, que compreende a

regio entre 45 e 55W e 5 e 20S;

iii) Modelo hidrolgico, que mostra os resultados das calibraes e validaes dos

modelos desenvolvidos para os perodos de enchente e estiagem, a anlise de seus respectivos

desempenhos assim como suas limitaes;

iv) Impactos socioeconmicos da cheia em Marab, mencionando alguns aspectos da

evoluo desse processo, o detalhamento das operaes realizadas nos atendimentos dascomunidades locais impactadas, assim como os custos envolvidos nos estudos de casos das

cheias de 2005, 2006 e 2007.

5.1ASPECTOS CLIMATOLGICOS

5.1.1 Vazo do Rio Tocantins em Marab-PA

A srie de vazo do rio Tocantins utilizada nessa pesquisa mostrada na figura 14juntamente com o limite superior e inferior da categoria normal obtida pelo mtodo dos

percentis. Ao longo da srie de vazo estudada no perodo de 1978 a 2006 (28 anos)

destacam-se claramente as cheias de 1978, 79, 80, 90 e 2004, assim como as estiagens de

1987, 93, 96, 98 e 99. Os extremos observados na srie mostram a necessidade de se

quantificar o nvel de gravidade e ocorrncia de um determinado evento por faixas ou

categorias de ordem quantlicas, e assim estabelecer limites para um monitoramento adequado

das cheias e estiagens.


49/119

48

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

jan/78

jan/79

jan/80

jan/81

jan/82

jan/83

jan/84

jan/85

jan/86

jan/87

jan/88

jan/89

jan/90

jan/91

jan/92

jan/93

jan/94

jan/95

jan/96

jan/97

jan/98

jan/99

jan/00

jan/01

jan/02

jan/03

jan/04

jan/05

jan/06

M E S E S

m

/s

Categ 0.65

Vazo Mx

Categ 0.35

Figura 14. Vazo mxima mensal e limites da categoria normal do rio Tocantins em Marab. (Srie: 1978-2006).


50/119

49

A seleo dos anos para analisar a estrutura dinmica atravs das composies foi

baseada nos resultados dos limites das categorias resultantes da aplicao da tcnica dos

percentis na srie de vazo. O resultado dos percentis mostrado na tabela 2, na qual observa-

se pela categoria muito acima que os maiores eventos de cheia registram vazes acima de

30.000 m/s e ocorrem nos meses de vero e incio do outono, enquanto que vazes abaixo de

13.000 m/s esto na categoria muito abaixo. A categoria normal tambm mostrada na figura

15 e indica dois perodos com diferentes amplitudes de valores, um perodo de enchente com

grandes amplitudes e um perodo de vazante com pequenas amplitudes. O perodo de maior

amplitude na vazo corresponde ao perodo chuvoso na regio da bacia que tem incio no final

da primavera (novembro) e se estende at o incio do outono (abril). Portanto os meses de

enchente, compreendidos entre novembro e abril, foram selecionados para alcanar osobjetivos propostos neste trabalho.

Tabela 2. Valores e intervalos mensais da categorizao de vazo (m/s).

MESESCATEGORIAS

Muito Abaixo Abaixo Normal Acima Muito AcimaJaneiro 13934 13935 a 15289 15290 a 22318 22319 a 29957 !29958Fevereiro 14085 14086 a 18406 18407 a 27639 27640 a 34644 !34645Maro 21568 21569 a 23436 23437 a 29132 29133 a 31302 !31303Abril 21801 21802 a 24892 24893 a 29286 29287 a 31975 !31976Maio 14302 14303 a 18473 18474 a 22924 22925 a 24800 !24801

Junho 8692 8693 a 9332 9333 a 10460 10461 a 13546 !13547Julho 4865 4866 a 5497 5498 a 6160 6161 a 6831 !6832Agosto 3324 3325 a 4087 4088 a 4454 4455 a 4665 !4666Setembro 2716 2717 a 3174 3175 a 3460 3461 a 3597 !3598Outubro 2999 3000 a 3266 3267 a 3672 3673 a 4591 !4592Novembro 4157 4158 a 4999 5000 a 6216 6217 a 6984 !6985Dezembro 6724 6725 a 7943 7944 a 12227 12228 a 17538 !17539

22318

2763929132 29286

22924

10460

61604454 3460 3672

6216

1222715289

18406

2343624892

18473

9332

54974087 3174 3266 4999

dissertacao_analisemodelagemhidrometeorologica

Documents