Estimativa de vazões de projeto com o método GRADEX: avaliação e alternativas metodológicas

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Ogassawara, Jéssica Fernanda
• Orientador(a): Beskow, Samuel
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Eventos extremos; Controle de enchentes; Monitoramento hidrológico; Vazões máximas; Modelagem probabilística; Extreme events; Flood control; Hydrological monitoring; Maximum flows; Probabilistic modeling
• Área do conhecimento CNPq: ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/12931

O estudo de cheias permite a quantificação da magnitude das vazões máximas, a qual representa uma variável de suma importância para gestão de recursos hídricos, controle e previsão de enchentes e obras de estruturas hidráulicas. A estimativa das vazões máximas depende de dados de séries históricas de vazão, os quais são escassos, principalmente em países em desenvolvimento. Sendo assim, métodos de estimativa de vazões máximas vêm sendo desenvolvidos. Uma alternativa é o método GRADEX, um método probabilístico que propõe a extrapolação da curva de frequência dos volumes de cheia, aplicando funções de densidade de probabilidade, a partir de séries pluviométricas. Apesar de ser um método consolidado na literatura europeia, no Brasil têm-se poucos estudos e aplicações do mesmo. Partindo deste pressuposto, o objetivo deste estudo foi avaliar o método GRADEX, da maneira como foi tradicionalmente concebido com alterações propostas referentes a outras distribuições de probabilidade e alternativas para definição dos parâmetros do método, em bacias hidrográficas localizadas na região sul em Minas Gerais e, de forma inédita, bacias no extremo sul do Brasil no Estado do Rio Grande do Sul, visando a estimativa de cheias associadas a altos períodos de retorno. Para isto, foram usadas 70 estações pluviométricas, 29 para as bacias do Rio Grande do Sul e 41 para as bacias de Minas Gerais, e 9 estações fluviométricas, cada um referente a uma bacia hidrográfica analisada. A existência de tendências ou variações nas séries históricas foi verificada por meio do teste de estacionariedade de Mann Kendall e homogeneidade de Pettitt. Visando a aplicação do método GRADEX, foi necessário estabelecer uma duração de tempo t para a constituição das séries históricas de chuva e vazão máxima diária anual. Foram aplicadas duas metodologias consolidadas na literatura do GRADEX: t igual ao tempo de concentração (tc) das bacias hidrográficas e t igual ao tempo médio de base dos hidrogramas de cheia (tbase). Para computar a precipitação média diária anual de cada bacia foi aplicado a técnica dos polígonos de Thiessen. Em seguida, foram ajustadas as distribuições de probabilidade de Gumbel, Generalizada de Eventos Extremos (GEV) e Pearson Tipo III (P3) aos dados de chuva máxima anual e vazão máxima anual e verificada a aderência das mesmas em relação aos dados amostrais por meio do teste de Filliben (Fi). Por fim, foi realizado a extrapolação da curva de frequência dos volumes de cheia nos pontos correspondentes ao TR igual a 10, 50 e 100 anos e computado as vazões máximas. Para fins ilustrativos, optou se por simular as cotas de cheias oriundas das vazões máximas obtidas pela extrapolação do GRADEX no ponto correspondente ao TR igual a 10 anos e t igual ao tbase, considerando as três distribuições de probabilidade, no ambiente do HEC RAS. Com base nos resultados obtidos, as principais conclusões deste estudo foram: a) a distribuição de Gumbel e a distribuição GEV apresentaram melhor aderência aos dados de chuva, e para vazão a melhor aderência foi apresentada quando aplicado a GEV e a P3; b) os valores estimados das vazões máximas aplicando a Gumbel foram inferiores aos obtidos pela GEV e P3 e c) no geral, a P3 apresentou valores elevados de vazões máximas; d) a duração de tempo adotado aos eventos de chuva e vazão máxima e o ponto de extrapolação do escoamento ao longo do tempo tiveram grande influência nos resultados das estimavas das vazões máximas; e e) a metodologia utilizada na aplicação do GRADEX exerce influência nos resultados da estimativa de vazões máximas.