Estudo de intensidade, duração e frequência usando sensoriamento remoto e dados de superfície em Florianópolis/SC

Abstract

O conhecimento sobre a intensidade de eventos de precipitação de curta duração são fundamentais ao dimensionamento de estruturas hidráulicas e sistemas de manejo de águas pluviais. Logo, manter atualizada a relação intensidade-duração-frequência (IDF) para a chuva é fundamental ao processo de planejamento e gerenciamento de áreas urbanas. Devido à lacunas quanto à produção de relações IDF com a incorporação de histórico mais recente de eventos de precipitação para a cidade de Florianópolis, faz-se necessária a elaboração de novos estudos de chuvas intensas a partir de fontes potenciais e diversas de dados. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é estabelecer relações IDF que caracterizem o município de Florianópolis/SC, testando a aplicabilidade de produto de sensoriamento remoto e de dados observados pouco aplicados na elaboração de relações IDF e análises de tendência de precipitação. Mais especificamente, avaliou-se o desempenho do produto de satélite CHIRPS, em escala diária (Pd) e diária máxima anual (Pdma), por meio do coeficiente de determinação (R²), viés percentual (PBIAS), raiz do erro quadrático médio (REQM) e raiz do erro quadrático médio normalizado (REQMN), tomando como referência dados observados de doze (12) estações pluviométricas. Os dados das estações pluviométricas com porcentagem de falhas inferior a 20% foram aplicados na elaboração de novas relações IDF para o município, com aplicação do método de desagregação para durações entre 5 minutos e 24h, e períodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 e 100 anos. As relações IDF estabelecidas para o município em 2014 foram empregadas como referencial de comparação para durações de 5, 30 e 120 minutos e períodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 e 100 anos. Para avaliar possíveis tendências e a magnitude de sua inclinação, foram aplicados o teste de Mann-Kendall e os testes de curvatura de Sen e de regressão linear nas séries de precipitações máximas diárias anuais (Pdma). Os coeficientes utilizados para comparar observações in situ com as estimativas de precipitação CHIRPS correspondentes, indicam baixo desempenho na caracterização de eventos de precipitação em escala diária e nas séries de máximas anuais. Eventos de precipitação de mesma duração e período de retorno calculados com a relação IDF atual, realizada com os dados da estação INMET (83879), apresentam erro percentual entre os valores de intensidade, variando entre 11, 18% e 67, 28%, quando comparadas às relações IDF estabelecidas em 2014 para a mesma estação pluviométrica. Diante dos resultados obtidos, novas equações IDF são propostas para a região de estudo, com uso de dados específicos para as regiões central, norte e sul de Florianópolis. Quanto à presença de tendência nas séries temporais de chuva, identificaram-se mudanças estatisticamente significativas, no nível de 95%, em algumas da estações pluviométricas analisadas

Abstract: Knowledge about the intensity of short duration rainfall events is fundamental to the design of hydraulic structures and stormwater management systems. Therefore, keeping the intensityduration-frequency relationship (IDF) for rainfall up to date is fundamental to the planning and management process in urban areas. Due to the gaps in the production of IDF relations with the incorporation of more recent history of precipitation events for the city of Florianopolis, it is necessary to develop new studies of intense rainfall from potential and diverse data sources. In this sense, the objective of this study is to establish IDF relationships that characterize the city of Florianópolis/SC, testing the applicability of remote sensing product and observed data little applied in the elaboration of IDF relationships and precipitation trend analysis. More specifically, the performance of the CHIRPS satellite product was evaluated, at daily (Pd) and daily maximum annual (Pdma) scale, through the coefficient of determination (R²), percentage bias (PBIAS), root mean square error (REQM) and root mean square error normalized (REQMN), taking as reference observed data from twelve (12) rainfall stations. The data from rainfall stations with a failure percentage lower than 20% were applied to the elaboration of new IDF relations for the municipality, with application of the disaggregation method for durations between 5 minutes and 24h, and return periods of 2, 5, 10, 25, 50 and 100 years. The IDF relationships established for the county in 2014 were employed as a benchmark for comparison for durations of 5, 30, and 120 minutes and return periods of 2, 5, 10, 25, 50, and 100 years. To evaluate possible trends and the magnitude of their slope, the Mann-Kendall test and Sen's curvature and linear regression tests were applied to the annual maximum daily precipitation (Pdma) series. The coefficients used to compare in situ observations with the corresponding CHIRPS precipitation estimates indicate poor performance in characterizing daily scale precipitation events and in the annual maximums series. Precipitation events of the same duration and return period calculated with the current IDF relationship, performed with data from the INMET station (83879), show percentage error between intensity values, ranging from 11, 18% to 67, 28%, when compared to the IDF relationships established in 2014 for the same rainfall station. Given the results obtained, new IDF equations are proposed for the study region, using specific data for the central, northern and southern regions of Florianopolis. Regarding the presence of a trend in the rainfall time series, statistically significant changes were identified at the 95% level in some of the rainfall stations analyzed.