Será que os parâmetros da Curva IDF são confiáveis?

Uma curva IDF é projetada em função de dados de precipitação.

Esses dados de precipitação podem ser aferidos em estações meteorológicas, em pluviógrafos ou pluviômetros.

Usualmente, especialmente à nível de Brasil, há a predominância de dados de pluviômetros, isto é, dados diários de precipitação.

Desse modo já surge a primeira incerteza das curvas IDF: “Como transformar uma chuva diária em uma chuva intensa de duração menor?”

Por que é necessário “desagregar” a chuva na determinação da Curva IDF?

O termo desagregação significa transformar um elemento maior (e.g. chuva diária) em elementos menores, ou seja, chuvas sub-diárias.

Destacam-se as durações sub-múltiplas de 30 minutos, ou seja, (0,5 h ; 1 h, 2 h … ) e por ai vai.

Duas perguntas devem ser previamente respondidas em um projeto de drenagem.

a) Qual a duração da chuva?

b) Qual a frequência da chuva de projeto?

O resultado das respostas das duas perguntas anteriores possibilita a obtenção da intensidade de precipitação máxima média de projeto.

Para obter essa intensidade crítica, devemos resolver antes as perguntas a) e b) e a pergunta é, como?

Qual a duração da chuva?

A duração da chuva crítica de projeto é usualmente assumida como  igual ao tempo de concentração da bacia, no mínimo.

Essa variável (tempo de concentração) pode ser estimada considerando diversos métodos, sejam eles fisicamente baseados ou empíricos.

Uma vez definido o tempo de concentração da bacia, muitas vezes esse valor é um número decimal ou não múltiplo da discretização temporal do problema, isto é, do passo temporal que se dá nas tabelas de cálculo das chuvas e das vazões.

Assim, é necessário, muitas vezes, arredondar o tempo de concentração e, portanto, a duração da chuva (em projetos de drenagem urbana) para múltiplos da discretização temporal.

Qual a frequência da chuva de projeto?

Bom, ai que as IDFs podem apresentar uma incoerência.

A questão é que em obras de pequeno porte, isto é, edificações, residências, pequenas galerias, calhas e outros dispositivos menores, as chuvas de projeto usualmente são admitidas com um risco relativamente alto.

Quando eu digo um risco relativamente alto, quero dizer, com um menor tempo de retorno.

Justamente por serem obras de “menor” responsabilidade, usualmente planos diretores de drenagem e manuais recomendam tempos de retorno da ordem de 2 a 10 anos para esses elementos de drenagem.

Mas o que significa um tempo de retorno de 10 anos? Significa que, em média, ocorre pelo menos uma chuva igual a chuva de projeto uma vez a cada 10 anos.

Ou, em outras palavras, essa chuva tem uma chance anual de 1/10 de ocorrer, ou seja, em um ano qualquer, existe a possibilidade de 10% de se ocorrer uma chuva com intensidade máxima média igual a intensidade adotada em projeto.

Até ai tudo bem, pois usualmente os pluviógrafos e pluviômetros possuem mais de 10 anos de dados e muito provavelmente o ajuste matemático aplicado para a construção das IDFs representam bem os dados observados.

O problema acontece quando queremos utilizar IDFs para projetar chuvas com tempos de retorno maiores, como por exemplo 100, 250, 1.000 ou até 10.000 anos.

A pergunta é, como vamos projetar chuvas que ocorrem a cada 10.000 anos se não temos 10.0000 anos de dados?

A resposta é, com ajustes de distribuição de probabilidade!

Distribuições de probabilidade visam representar a tendência dos dados. Destacam-se para valores extremos as distribuições de Gumbel, General Extreme Value (GEV), Normal, Log-Normal, Log-Pearson tipo 3 e etc.

Essas distribuições são equações contínuas e diferenciáveis que visam representar, em função de parâmetros amostrais como por exemplo a média, o desvio padrão, o coeficiente de assimetria ou outros parâmetros, o comportamento dos dados observados e também de dados “estimados” ou “projetados”

Em outras palavras, uma curva IDF nada mais é do que um ajuste matemático que, aplicado aos dados observados, apresenta um bom ajuste e que tem o poder de projetar dados para tempos de retorno maiores que os obtidos pelos dados observados.

Assim, o perigo de se utilizar IDFs para projetar chuvas com grande tempo de retorno é justamente esse: a distribuição adotada para estimar valores extremos de precipitação pode:

(1) não ser representativa pelo pouco período de dados;

(2) ter sida escolhida uma distribuição  que não que representa melhor os dados observados e portanto não estimará bem os dados projetados para maiores tempos de retorno e;

(3) conter erros na desagregação da precipitação.

Até então só falamos de precipitação diária, isto é, o valor representado por pluviógrafos e muitas vezes obtidos no site do INMET.

Então como transformar valores diários de precipitação em valores sub-diários?

É preciso utilizar-se de coeficientes de desagregação, isto é, fatores numéricos que convertem a precipitação diária em valores sub-diários que são os dados que a curva IDF deve representar. Lembre-se (Intensidade, duração e  frequência).

Esses coeficientes podem introduzir muitas incertezas e sempre que for possível utilizar-se de dados sub-diários para o ajuste das IDFs, deve-se fazer pois há uma precisão maior.

A CETESB fornece alguns desses coeficientes. Porém, esses valores são representativos para as bacias do estudo que eles fizeram!

A relação entre a chuva diária e sub-diária é caraterística do regime de precipitações e do micro-clima de uma determinada bacia.

Porém, infelizmente à nível de engenharia pragmática, a utilização desses coeficientes é o melhor que conseguimos ter aqui no Brasil, em muitos casos.

Qual uma alternativa para grandes projetos?

Em barragens de grande importância, uma alternativa é a avaliação da máxima lâmina precipitável, ou altura de água precipitável.

Essa lâmina é calculada em função de parâmetros físicos da coluna d’água, como pressão atmosférica, taxa de variação da temperatura com a altura, temperatura na superfície, densidade de água e etc.

Essa lâmina, em outras palavras, tende a representar a precipitação máxima com alguma certa probabilidade de ocorrência. É um cálculo relativamente simples que pode dar um indicativo se o valor obtido pela IDF é coerente ou não.

Por outro lado, há também a precipitação máxima provável que é calculada em função da coluna de água precipitável, mas que necessita de outros dados, como a duração das chuvas.

Quais as fontes de incertezas?

Veja bem, toda medida tem uma incerteza. Assim, a medida principal para um ajuste de chuva é seu volume e sua intensidade.

Na grande maioria dos casos, apenas dados na resolução de 1 dia são disponíveis.

No entanto, extrapolamos essas observações para valores sub-diários. Eis aí a grande incerteza nos dados.

A correta determinação desses coeficientes é complexa e requer observações em escala sub-diária.

Portanto, tenha em mente que, dois intervalos iguais de chuvas observadas, um em São Paulo e outro no Rio Grande do Sul, provavelmente terão IDFs diferentes caso de fato seja considerado o valor correto dos coeficientes de desagregação de cada localidade.

Em resumo

1.0 – É necessário que entendamos que uma curva IDF é apenas um ajuste matemático aos dados observados

• Desse modo, se eventualmente uma curva IDF fora construída 10-20 anos atrás, pode ser que ela não represente as precipitações de hoje.
• Falando de outra maneira significa que, eventualmente, o risco de uma chuva de 100 mm que era no passado, por exemplo, 5%, hoje pode ser de 9% devido ao novo padrão das chuvas. 
• Por isso é importante atualizar as curvas IDF para que elas possam representar de fato o regime de precipitações.

2.0 – Além disso, um cuidado maior deve ser feito ao se utilizar IDFs para chuvas com tempo de retorno maior que o número de anos utilizado para o ajuste das IDFs e um critério prático seria construir IDFs com no mínimo 10 anos de dados.

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