Estimação das relações para transformação da chuva pontual em média sobre uma área para o município de Belo Horizonte
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tipo
Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
Membros da banca
Priscilla Macedo Moura
Vandoir Bouyrscheidt
Vandoir Bouyrscheidt
Resumo
A chuva é uma variável primordial em uma série de estudos concernentes à Engenharia de Recursos Hídricos. As dimensões e condições de funcionamento de estruturas hidráulicas são calculadas a partir das características estipuladas para a chuva de projeto. Dentro de tais característica, deve-se considerar a distribuição da intensidade sobre a área da bacia. Para tais fins, destaca-se a transformação de medidas pontuais em intensidade média sobre uma área para a modelagem da sua variação espacial. Esta transformação usualmente é realizada através de Fatores de Redução de Área (ARF). No caso de Belo Horizonte, um estudo desenvolvido no âmbito do SMARH (Programa de Pós-graduação em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos da Universidade Federal de Minas Gerais), há cerca de 25 anos, propôs uma relação ARF para a região metropolitana.
Dado o contexto dos eventos extremos que afligiram a região nos últimos anos e a necessidade de caracterizá-los para fins de planejamento urbano, o objetivo do presente estudo é revisitar o anterior não apenas sob a perspectiva de o atualizar, mas sobretudo de avaliar técnicas não exploradas. Através das informações de 36 postos pluviográficos da Prefeitura de Belo Horizonte, foram utilizadas duas técnicas empíricas para o cálculo dos fatores: área-fixa (ou geograficamente-centrados), a qual avalia a razão entre os máximos pontuais e por área de mesma frequência relativa, cuja análise estatística foi feita através do emprego de distribuições metaestatísticas; e centro de evento de tempestade, que se baseia na análise individual do decaimento da intensidade de tormentas significativas, na qual foram avaliadas diferentes formas para definição espacial dos eventos de chuva.
Os resultados obtidos por meio da área-fixa demonstraram concordância com alguns dos fatores do estudo anterior, mas para as durações sub-horárias, os ARF calculados foram significativamente inferiores aos obtidos anteriormente.
Já a aplicação da técnica por centro de evento, em que foram analisadas 16 tempestades com tempo de retorno superior a 10 anos, os fatores obtidos indicaram que ambas as relações anteriores poderiam ser demasiadamente conservadoras. As diferentes geometrias empregadas na análise espacial, não revelaram diferenças substanciais.
Os resultados obtidos ratificam as conclusões de estudos recentes e demonstram os benefícios e dificuldades de suas aplicações: ainda que a técnica de área-fixa seja computacionalmente mais intensiva e possa resultar em relações distorcidas e, por vezes, conservadoras de campos de chuva reais, a técnica do centro de evento requer uma maior rede de monitoramento para o alcance de resultados críveis
Abstract
Rainfall is a key variable in a number of studies concerning Water Resources Engineering. The dimensions and operating conditions of hydraulic structures are calculated based on the characteristics stipulated for the design storm. Within such characteristics, the distribution of the intensity over the basin area must be considered. For this purpose, the transformation of point measurements into average intensity over an area stands out for modeling its spatial variation. This transformation is usually done through the use of Area Reduction Factors (ARF). In the case of Belo Horizonte, a study developed at SMARH (Graduate program in Sanitation, Environment and Water Resources from the Federal University of Minas Gerais) about 25 years ago, established ARFs values for the metropolitan region.
Given the context of the extreme weather events that afflicted the region in recent years and the need to characterize such events for the purposes of urban planning, the objective of this study is to revisit the previous one with the intent to, not only to update its results, but also evaluate other methods that weren’t deployed at the time. With the data of 36 recording rain gauges from the Belo Horizonte Municipal Government, two empirical techniques were used for the factor’s computation: fixed-area method (or geographically centered), which evaluates the ratio of point estimates and areal average estimates with same exceedance probability, with its frequency analysis conducted with the use of Metastatistical Extreme Value Distributions; and storm--centered approach, based on the individual analysis of the intensity decay of significant storms, in which different geometric shapes were used for the definition of the storm events.
The results obtained by the fixed-area approach showed some agreement with the factors from the previous research, but for the sub-hourly durations, the computed ARFs were significantly smaller than those previously established.
For the storm centered approach, 16 storms with return period over 10 years were analyzed, with its factors indicating that the previous mentioned values could be extremely conservative. Between the different shapes used for spatial analysis, no significant differences were observed for the areas analyzed.
The collected results ratify the previous conclusions from recent studies and demonstrate the pros and cons for application of both of these techniques: despite the calculation for the fixed-area method being more computationally intensive and resulting in distorted representations of real rainfall fields which could produce overtly conservative ARFs, the storm centered approach requires a significantly larger network for its use and to produce credible results
Assunto
Engenharia sanitária, Recursos hídricos - Desenvolvimento, Tempestades, Precipitação (Meteorologia) - Variabilidade, Hidrologia, Belo Horizonte (MG)
Palavras-chave
Fator de redução de área, Área-fixa, Centro de evento de tempestade, Distribuições metaestatísticas, Chuva de projeto