Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-04-25T18:11:32Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2618614 bytes, checksum: ea35bc1696e1ea02f80ffd5aaf05b045 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T18:11:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2618614 bytes, checksum: ea35bc1696e1ea02f80ffd5aaf05b045 (MD5) Previous issue date: 2018-03-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Informações sobre chuvas intensas com diferentes durações são de extrema importância para o estabelecimento de equações matemáticas que relacionam as grandezas fundamentais da chuva: a intensidade de precipitação (i m ), sua duração (t) e sua frequência de ocorrência (f), representada pelo período de retorno (TR = 1/f). Essas equações são denominadas equações intensidade- duração-frequência (IDF), ou equações de chuvas intensas e são largamente utilizadas para subsidiar o planejamento e dimensionamento de obras hidráulicas, em especiais as hidro-agrícolas. No entanto, informações dessa natureza são escassas no Brasil devido à baixa densidade da rede pluviográfica e devido à dificuldade de obtenção dessas informações. Para suprir a necessidade de informações de chuvas intensas de diferentes durações, foram desenvolvidas metodologias, denominadas de desagregação de chuvas, as quais desagregam a chuva de um dia, proveniente de registros pluviométricos, em chuvas de menores durações. Dentre os métodos de desagregação existentes, destaca-se o Método das Relações de Chuvas de Diferentes Durações (RCDD). No Brasil, este método é recomendado por CETESB (1979), a qual estabeleceu coeficientes de desagregação (cd) tomados como válido para todo o território nacional. O RCDD apresenta como uma de suas premissas o comportamento estático das relações de chuvas de diferentes durações em função do período de retorno e a similaridade dessas relações em diferentes localidades (cds supostamente válidos para todo o território nacional). Outra questão sobre o RCDD é que ainda não foi averiguada a equivalência entre as i m observadas e estimadas pelas equações estabelecidas a partir de sua aplicação, assim como a avaliação dos erros proporcionados pela aplicação do RCDD. Nesse sentido, os objetivos do presente trabalho foram: averiguar as premissas do método RCDD, ou seja, verificar se os cds apresentam tendências em função do período de retorno e se apresentam validade nacional; verificar se existe equivalência entre os dados de i m observados e estimados pelo método RCDD. Para cumprir com esses objetivos foram analisados dados pluviográficos e pluviométricos de estações distribuídas no estado de Minas Gerais. A técnica de regressão foi utilizada para avaliar as premissas do método, através da análise do coeficiente angular da reta: a regressão linear entre os coeficientes de desagregação em função do período de retorno, em caso de tendências, teria o coeficiente angular diferente de zero e; a regressão linear entre os dados de diferentes localidades, em caso de igualdade, teria o coeficiente angular igual a 45o (relação 1:1). Para a maioria dos casos, não foi constatada tendências dos coeficientes de desagregação em função do período de retorno (93% dos casos). As tendências detectadas não modificaram os coeficientes de desagregação de maneira expressiva em relação à média obtida dos diferentes em função do período de retorno. Para a maioria das comparações das relações de chuvas intensas de diferentes durações, de diferentes localidades, foram constatadas diferenças significativas entre as mesmas (91% dos casos). Sendo assim, o uso de coeficientes de desagregação generalizados pode incorrer em erros. O procedimento estatístico utilizado para testar a equivalência foram os seguintes testes: teste de identidade de modelos e teste de equivalência 1:1. Também foram analisados os erros provenientes de cada equação IDF, através do erro de predição absoluto médio (EPAM), raiz do quadrado médio do erro (RQME) e erro padrão da estimativa (EPE), além das estatísticas de ajuste. Foi possível concluir que o método RCDD não gerou estimativas de chuvas intensas equivalentes aos dados observados, seja com os coeficientes generalizados da CETESB (1979) ou com os coeficientes específicos (locais), para a maioria das situações (mais de 80% das situações). No entanto, os erros obtidos pelos modelos são considerados aceitáveis na previsão de chuvas intensas de diferentes durações, o que torna o método RCDD uma alternativa para suprir as necessidades de informações de chuvas intensas. A análise com coeficientes locais tende a aumentar a eficácia do método RCDD, proporcionando menores erros e melhores estatísticas de ajuste. / Information about intense rainfall of different durations is very importante for the establishment of mathematical equations that relate the fundamental characteristics of rainfall: intensity (i m ), duration (t) and frequency (f), represented by the return period (RP = 1/f). These equations are known by intensity-duration-frequency equations (IDF), or intense rainfall equations and are widely used to subsidize the planning and design of hydraulic works, especially hydro-agricultural projects. However, informations of this nature is scarce in Brazil due to the low density of the pluviographics gauge stations and due to the difficulty of obtaining this information. For subsidize information about intense rainfall of different durations, methodologies were developed, called daily rainfall disaggregation, which disaggregates one-day rainfall from pluviometric records into rainfall of shorter durations. Among the existing disaggregation methods, the Rainfall Method of Different Durations (RCDD) stands out. In Brazil, this method is recommended by CETESB (1979), which established disaggregation coefficients (dc) taken as valid for the whole national territory. The RCDD presents as one of its premises the static behavior of rainfall ratios of different durations to different return period and the similarity of these dc in different locations (dc theoretically valid for the whole national territory). Another question about RCDD is there is doubt about the equivalence between the i m observed and estimated by the equations established by RCDD method, as well as the evaluation of the errors provided by the application of the RCDD. Therefore, the objectives of the present work were: to ascertain the premises of the RCDD method, that is, to verify if there are trends in dc to different return period and if the dc have nationally valid; verify if there is equivalence between i m data observed and estimated by the RCDD method. In order to comply with these objectives, pluviometric and pluviometric data of gauge stations distributed in the Minas Gerais state were analyzed. The regression technique was used to evaluate the assumptions of the method through the analysis of the angular coefficient of the line: the linear regression between the coefficients of disaggregation as a function of the return period, in case of trends, would have the coefficient different from zero and; the linear regression between the data of different locations, in case of equality, would have the coefficient equal to 1 (ratio 1: 1). For most cases, there were no trends in the disaggregation coefficients as a function of the period of return (93% of cases). The trends detected did not significantly modify the coefficients of disaggregation in relation to the average obtained from the different return period. For most comparisons of the ratios of intense rains of different durations, from different locations, significant differences were observed between them (91% of the cases). Therefore, the use of generalized disaggregation coefficients may incur errors. The statistical procedures used to test equivalence were the following tests: model identity test and 1: 1 equivalence test. The analyzed the errors from each IDF equation, using the mean absolute prediction error (MAPE), root mean square error (RMSE) and standard error of estimation (SEE), in addition to the adjustment statistics. It was possible to conclude that the RCDD method did not generate intense rainfall estimates equivalent to the observed data, either with CETESB generalized coefficients (1979) or with specific coefficients (local) for most situations (more than 80% of situations). However, the errors obtained by the models are considered acceptable in predicting intense rainfall of different durations, which makes the RCDD method an alternative to provide information about intense rainfall. The analysis with local disaggregation coefficients tends to increase the effectiveness of the RCDD method, providing smaller errors and better adjustment statistics.

O Estado do Tocantins está localizado entre o domínio do Cerrado e da Floresta Amazônica, o que confere ao mesmo uma diversidade climática importante, especialmente no tocante a ocorrência de chuvas. O conhecimento das chuvas intensas permite o planejamento adequado diante da atuação da precipitação na erosão do solo, inundações em áreas rurais e urbanas, obras hidráulicas, dentre outros. Neste contexto, o objetivo deste estudo foi o mapeamento das chuvas intensas no estado do Tocantins, estruturado em três capítulos com objetivos específicos: (1) com base em 10 estações pluviográficas, determinar constantes de desagregação de chuvas intensas para o Estado do Tocantins; (2) promover o mapeamento de chuvas intensas com durações de 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 360, 720 e 1440 minutos, associadas com as recorrências de 5, 10, 20, 30, 50, 100, 500 e 1000 anos; e (3) mapear a precipitação máxima provável (PMP) para as durações de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 360, 720 e 1440 minutos. Para a modelagem da frequência das chuvas intensas de diferentes durações foi empregada a distribuição de probabilidades de Gumbel para 10 estações pluviográficas. Para o mapeamento das chuvas intensas foram aplicadas séries históricas de 95 postos pluviométricos pertencentes à rede hidrometeorológica da Agência Nacional de Água (ANA), disponibilizadas pelo site Hidroweb, localizados no Tocantins e proximidades, considerando o período de 1983 a 2013, aplicando a geoestatística e avaliando os modelos de semivariograma esférico, exponencial e gaussiano. Para o mapeamento da PMP foi adotado o interpolador inverso do quadrado da distância, tendo sido a sua qualidade avaliada pelo procedimento de validação cruzada, a partir do cálculo da tendência (bias) e do erro médio percentual absoluto (EMPA). Na desagregação das chuvas intensas para o Estado do Tocantins, foram obtidas as seguintes constantes: h10min/h30min = 0,46, h20min/h30min = 0,76, h30min/h1h = 0,68, h40min/h1h = 0,83, h50min/h1h = 0,92, h1h/h24h = 0,61, h2h/h24h = 0,72, h3h/h24h = 0,78, h4h/h24h = 0,82, h6h/h24h = 0,86, h12h/h24h = 0,93. Para o mapeamento das chuvas intensas, o modelo que apresentou o menor erro médio obtido por validação cruzada foi aplicado ao processo de mapeamento por krigagem ordinária, tendo sido observado bom desempenho do modelo esférico para precipitação máxima diária anual e do gaussiano para chuvas desagregadas e associadas a um tempo de retorno. As regiões do Bico do Papagaio (extremo norte), Ilha do Bananal (extremo sudoeste) e noroeste, sob ocorrência de clima Amazônico, respondem pelos valores críticos de chuvas intensas no Estado do Tocantins. Para a maior duração de PMP avaliada (24h), encontraram-se lâminas variando de 410,8 a 768,2 mm, enquanto que, para a menor duração avaliada (10’) as lâminas variaram de 62,5 a 104,6 mm, com padrão de distribuição espacial semelhante às chuvas intensas mapeadas. / The State of Tocantins is located between the area of the Cerrado and the Amazon rainforest, which gives the same an important climatic diversity, especially with regard to rainfall. Knowledge of heavy rainfall allows proper planning considering the action of rainfall on soil erosion, floods in rural and urban areas, waterworks, among others. In this context, the objective of this study was the heavy rainfall mapping in the State of Tocantins, divided into three chapters with specific objectives: (1) based on 10 pluviograph stations, to determine disaggregation constants of heavy rainfall for the State of Tocantins; (2) promote heavy rainfall mapping at durations of 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 360, 720 to 1440 minutes associated with recurrences of 5, 10, 20, 30, 50, 100, 500 and 1000 years; and (3) to map the probable maximum precipitation for the state of Tocantins based on Hershfield methodology for durations of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 180, 240, 360, 720 and 1440 minutes. For modeling the frequency of intense rainfalls of different durations, was used the Gumbel distribution of probabilities for 10 pluviograph stations. For the mapping of heavy rainfall were applied historical series of 95 rain gauge stations belonging to the hydrometeorological network of the National Water Agency (NWA), provided by Hidroweb site, located on the Tocantins and nearby, considering the period 1983-2013, applying geostatistics and evaluating models of semivariogram spherical, exponential and gaussian. For the PMP mapping, was adopted the inverse-square-distance interpolator (ISD), being their quality assessed by cross-validation procedure from the calculation of the trend (bias) and the mean absolute percentage error. In the heavy rainfall disaggregation for the State of Tocantins, the constants were obtained: h10min/h30min = 0.46, h20min/h30min = 0.76, h30min/h1h = 0.68, h40min/h1h = 0.83, h50min/h1h = 0.92, h1h/h24h = 0.61, h2h/h24h = 0.72, h3h/h24h = 0.78, h4h/h24h = 0.82, h6h/h24h = 0.86, h12h/h24h = 0.93. For the heavy rainfall mapping, the model had the lowest average error obtained by cross-validation was applied to mapping by ordinary kriging process, having been observed good performance of the spherical model for maximum annual daily rainfall and gaussian to disaggregate and associated rains a return time. The regions of the Bico do Papagaio (north end), Bananal Island (extreme southwest) and northwest, under occurrence of Amazonian climate account for the critical values of heavy rainfall in the State of Tocantins. For longer duration evaluated PMP (24h), met blades ranging from 410.8 - 768.2 mm, while for the lowest measured duration (10') slides ranged from 62.5 - 104.6 mm with spatial distribution pattern similar to heavy rains mapped.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-05-07T15:07:30Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 986538 bytes, checksum: bf3bb804c6bf7fe049c773c59bd4cf37 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-07T15:07:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 986538 bytes, checksum: bf3bb804c6bf7fe049c773c59bd4cf37 (MD5) Previous issue date: 2017-09-14 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais / As equações de intensidade-duração-frequência (IDF) da precipitação são a principal forma de caracterização das chuvas intensas, sendo uma importante ferramenta para o conhecimento do comportamento hidrológico de bacias hidrográficas e consequentemente planejamento de práticas de conservação do solo e da água e projetos hidráulicos. No entanto, estas equações possuem validade apenas local e seu estabelecimento requer dados pluviográficos, os quais são escassos no Brasil. Por isso, metodologias alternativas às equações IDF vêm sendo empregadas para a estimativa de intensidade máxima média de precipitação pluvial (i m ), em locais com ausência de registros pluviográficos. O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho das metodologias de interpolação de dados de chuvas e de desagregação de chuvas diárias em relação ao método convencional de obtenção das intensidades máximas médias de precipitação. A avaliação das metodologias se deu por meio do teste t de Student, índice de concordância de Willmott (d), coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe (COE) e erro médio percentual (EMP). Foram utilizados dados de chuva provenientes de 19 estações pluviográficas localizadas na bacia do rio Doce com durações (t) de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 240, 360, 720 e 1440 min e associados aos períodos de retorno (T R ) de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, por meio das distribuições probabilísticas teóricas Lognormal a dois e três parâmetros. Os coeficientes de desagregação de chuvas foram determinados para cinco regiões homogêneas da bacia do rio Doce e para cada T R , uma vez que apresentaram variação com o período de retorno. Ambos os procedimentos não apresentaram bons resultados pelo teste t de Student, porém se mostraram adequado pelos demais critérios avaliados. O método da desagregação apresenta a vantagem de ser de fácil utilização e de agregar a informação local de altura precipitada na determinação da i m . Sendo assim, as metodologias de interpolação e de desagregação de chuvas diárias se mostraram adequadas para a estimativa das intensidades máximas médias de precipitação pluvial em locais com ausência de dados pluviográficos. / The intensity-duration-frequency equations (IDF) of precipitation are the main form to characterize intense rainfall. It is an important tool for the knowledge of hydrological behavior of watersheds and consequently for the planning of soil and water conservation practices and hydraulics projects. However, these equations have only local validity and their establishment requires pluviograph data, which are scarce in Brazil. Therefore, alternative methodologies to the IDF equations have been used to estimate the mean maximum intensity of rainfall (i m ), in places with no pluviograph records. The aim of this work was to evaluate the performance of methodologies of rainfall data interpolation and of daily rainfall disaggregation against the conventional method of obtaining the mean maximum precipitation intensities. The methodologies were evaluated using Student's t test, Willmott's concordance index (d), Nash and Sutcliffe efficiency coefficient (COE) and mean percentage error (MPE). Rainfall data from 19 rainfall stations located in the Doce River basin were used with durations (t) of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 240, 360, 720 and 1440 min and associated to the return periods (T R ) of 2, 5, 10, 20, 50 and 100 years, by means of the Lognormal probabilistic distributions with two and three parameters. The rainfall disaggregation coefficients were determined for five homogeneous regions of the Doce River basin and for each T R , since they presented variation with the return period. Both procedures did not present good results by Student's t-test, but were adequate for the other evaluated criteria. The disaggregation method has the advantage of being user-friendly and of aggregating local information of precipitated height in the determination of i m . Therefore, the methodologies of interpolation and disaggregation of daily rainfall were adequate for the estimation of mean maximum intensities of rainfall in places with no pluviograph data.