DIRECÇÃO DOS SERVIÇOS DE RECURSOS HÍDRICOS

Precipitações Intensas em Portugal Continentalpara Períodos de Retorno até 1000 anos

Cláudia Brandão

& Rui Rodrigues

Lisboa, Junho de 1998

1 - OBJECTIVO

Esta Publicação tem como objectivo imediato munir os técnicos presentemente envolvidos noplaneamento de recursos hídricos, com expressões de cálculo de precipitações intensas para aobtenção de hidrogramas de cheia nos diversos ambientes geográficos das bacias em estudo,através da modelação hidrológica.

Por extensão, a informação agora disponibilizada torna-se também acessível a toda acomunidade técnica envolvida em projectos de obras hidráulicas que requeiram a verificaçãodo dimensionamento para caudais de cheia com períodos de retorno até ao milenar.

A necessidade de uma rápida disponibilização deste tipo de informação para os consórcios fazcom que esta publicação ainda não possa ser considerada na sua versão final, devendo serencarada apenas como provisória. Isto não significa, porém, que esteja incompleta quanto aoobjectivo principal que é o de possibilitar a avaliação de precipitações extremas associadas aperíodos de retorno de projecto de até 1000 anos, informação essa até hoje nuncadisponibilizada de forma sistemática e abrangente em termos do território continental.

Outro aforismo para uma publicação deste tipo é o de que ela nunca estará concluída, estandosempre sujeita a permanente actualização. No caso da realidade nacional, ainda que estapremissa seja verdadeira, a actualização verdadeiramente utilitária dependerá mais da inclusãode novos pontos de observação à medida que a vasta informação de base dos arquivos doINAG e de outras instituições vá sendo trabalhada do que da inclusão de mais anoshidrológicos.

2 – BREVE HISTORIAL

Apesar das redes de medição de precipitação em Portugal serem mais do que centenárias, ageneralização de expressões de cálculo de precipitações extremas para o território continentalpara durações de chuvada inferiores ao dia não constitui um procedimento rotineiro ( aocontrário de outros países europeus).

Mesmo as expressões de cálculo publicadas mais frequentemente para durações diárias(LOUREIRO e MACEDO, 1981) enfermam geralmente de algumas imprecisões(RODRIGUES, 1990), o que contribuiu para algum descrédito na sua aplicação. Nesteambiente constituíram excepção e marco de referência os trabalhos de MATOS e SILVA(1986) e de GODINHO (1987; 1989) e, mais recentemente, BRANDÃO (1995).

No estudo de MATOS e SILVA (1986) é feita uma das primeiras tentativas de sistematizaçãoespacial da variabilidade dos fenómenos pluviosos intensos. A Figura 1 resume essemapeamento baseado na análise de 20 postos, 11 dos quais com informação processadainferior a uma hora, onde se nota uma preocupação em reproduzir, no zonamento dosmáximos de intensidade pluviosa, o zonamento próprio dos volumes totais médios anuaisprecipitados que, por corresponderem a integrações de diversos fenómenos pluviosos,provenientes de diferentes estímulos (térmico, nos fenómenos convectivos, altimétrico nosfenómenos orográficos, ou de circulação, nos fenómenos frontais) poderão não reflectirsituações meteorológicas específicas associadas aos máximos.

Outro aspecto merecedor de alguma reflexão no zonamento proposto é a disposição contíguade zonas extremas sem faixas de transição, no Norte do País.

Fig. 1 – Zonamento pluviométrico proposto por MATOS e SILVA (1986).

No estudo do Sotavento Algarvio, RODRIGUES (1990) põe em causa a uniformidade decomportamento pluviográfico entre a região de Lisboa e o Sotavento Algarvio comopreconizado em MATOS e SILVA (1986). De facto, no Sotavento Algarvio predominam osfenómenos convectivos, reconhecidos como menos sensíveis ao efeito de altitude.RODRIGUES (1990) chega mesmo a estipular a hipótese de independência dos fenómenospluviosos extremos do efeito de altitude em zonas escudadas.

A Figura 2, extraída de RODRIGUES (1990), demonstra como o efeito de altitude se vaiafirmando, no Sotavento Algarvio, apenas com a progressão dos fenómenos pluviosos paraintervalos de tempo maiores, mais relacionados com totalizações volumétricas do que comintensidades de precipitação.

Fig. 2 – Aderência da configuração das isoietas centenárias à disposição das cumeadas principais da serra doCaldeirão para durações superiores ao dia no Sotavento Algarvio (extraído de RODRIGUES, 1990).

Para o seu estudo MATOS e SILVA (1986) usaram os dados de base compilados por RochaFaria e Sousa Machado e utilizados num estudo similar em 1978 (GODINHO, 1987, op. cit.)que compreendia 20 postos, dos quais 13 com séries entre 10 e 28 anos, e sete com sériesinferiores a 10 anos.

Como o melhoramento das estimativas por inclusão de mais postos se mostrasse demorada,GODINHO (1987) limita a leitura dos gráficos à determinação do máximo em 60 minutos e,com esta simplificação, aumenta a rede de base em mais 11 postos, actualizando ainda asséries da rede primitiva.

Assim, sem a preocupação de determinação de máximos para durações inferiores a uma hora,surgem novas estimativas baseadas numa rede de 31 postos, 18 dos quais com sériessuperiores a 20 anos, nove postos com séries entre os 13 e os 20 anos, e quatro postos comséries inferiores a 13 anos.

Com esta nova rede publica mapas de relações entre os máximos com durações de 60 minutose os máximos diários, bem como entre os máximos em 6 horas e os máximos diários, querpara os valores médios da amostra (T = 2,33), quer para o período de retorno de 100 anos.

Para as determinações de máximos em durações inferiores a uma hora GODINHO (1987)propõe a utilização das relações médias estabelecidas com os máximos de 60 minutospreconizadas no Guia de Práticas Hidrológicas da OMM.

Uma nova actualização das estimativas de GODINHO (1989), com um aditamento em 1991,dá também origem a uma actualização dos mapeamentos anteriormente referidos. São estasnovas estimativas que se apresentam nas Figuras 3 a 6. Para as estimativas sub-horáriascontinua a ser preconizada a utilização dos coeficientes de redução que, nesta nova versão,aparecem referidos a um zonamento sumário do território continental (Fig. 7).

Com o estudo de BRANDÃO (1995) foi possível começar a conhecer mais em detalhe osfenómenos extremos devido à digitalização sistemática de todos os hietogramas. Desta feitapassaram a obter-se estimativas seguras para durações horárias e sub-horárias que, até aí,estavam muitas vezes confinadas aos dias de maior volume total de precipitação.

Esta independência relacional conferida pela digitalização sistemática permitiu, numa primeirafase, analisar a adequabilidade das expressões de redução sub-horária dos totais de 60 minutosjá referidas. A Figura 8 resume a confrontação efectuada para quatro postos com extensa sériede registos onde se notam ligeiros afastamentos entre os valores médios observados e osvalores médios propostos no Guia de Práticas Hidrológicas da OMM, afastamento esse maispronunciado quando estão envolvidos dados de locais onde existe maior predominância defenómenos convectivos. Na mesma figura são sobrepostos os afastamentos a estas relaçõesmédias das relações máximas e mínimas observadas, havendo aí grande dispersão. Ainda quenão haja uma função proporcional bem definida entre os máximos afastamentos aocomportamento médio e os maiores períodos de retorno, parecer haver alguma tendência parauma relação directa entre os mesmos uma vez que, em Lisboa, três das cinco maiores relaçõesentre máximos de durações 15 e 60 minutos (superiores ao limiar 0,8) situavam-se nos 18,5%superiores da série de máximos, sendo que a maior dessas relações correspondia ao terceiromaior máximo já registado.

Fig. 3 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para a média da amostra(extraído de GODINHO, 1989).

Fig. 4 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para um período de retorno de100 anos (extraído de GODINHO, 1989).

Fig. 5 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para a média da amostra (extraídode GODINHO, 1989).

Fig. 6 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para um período de retorno de 100anos (extraído de GODINHO, 1989).

Fig. 7 – Percentagem de redução dos máximos em 60 minutos para durações sub-horárias relativa a valoresmédios da amostra (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).

3 - EXPRESSÕES PARA PROJECTO HIDRÁULICO (T=1000ANOS)

Uma das grandes limitações das metodologias de MATOS e SILVA (1986) e de GODINHO(1989), em termos da sua utilização para o projecto hidráulico, é a ausência de expressõespara períodos de retorno superiores a 100 anos. Compreensivelvamente, já que os estudosestatísticos de suporte a expressões de cálculo de precipitações intensas para períodos deretorno superiores aos 100 anos necessitam de séries amostrais extensas e requerem maiorcuidado na análise estatística, principalmente na rejeição de máximos da amostra comooutliers. Neste último caso a admissão de hipóteses de misturas de distribuições tem que serdevidamente explorada, principalmente quando os máximos de precipitação num local provêm,quer de fenómenos frontais, quer de fenómenos convectivos (RODRIGUES, 1990).

Na ausência de funções IDF correspondentes a um período de retorno de 1000 anos para umamalha densa de pontos no território continental português, complementadas com zonamentosda sua aplicabilidade regional (à semelhança do que foi efectuado para o Sotavento Algarvioem RODRIGUES, 1990), e face à necessidade premente de possibilitar o cálculo de máximosde precipitação milenares, apresentam-se neste estudo os primeiros resultados dos estudos doINAG neste domínio, devendo estes ser entendidos como apenas uma primeira contribuiçãopara a colmatação da ausência metodológica sentida. Os resultados aqui apresentados são,portanto, provisórios.

No estabelecimento das curvas IDF para períodos de retorno de até 1000 anos foi utilizadoum núcleo principal de postos udográficos sobre o qual se efectuou uma digitalizaçãosistemática dos udogramas. Procurou-se que o número de anos de registo digitalizados destespostos se situasse entre os 30 e os 40 anos. À informação deste grupo foi acrescentada outraproveniente de um segundo grupo de postos onde a leitura dos udogramas não foi sistemática(podendo, portanto, os máximos correspondentes a curtas durações estar sub-avaliados). NoQuadro I são apresentados os postos que foram alvo de análise, com indicação do períodoanalisado, bem como do número de valores das amostras e do método de leitura utilizado.

Quadro I - Postos utilizados no estudo de caracterização de máximos em várias unidades de tempo, e restanteinformação apropriada.

Número de máximos anuaisEstação udográfica Período estudado 5 10 15 20 30 60 120 180 360 720 MetodologiaBragança 1957-1984 21 28 21 28 28 21 28 Leitura discretaVila Real 1955-1984 21 30 21 30 30 21 30 Leitura discretaPorto (Serra do Pilar) 1930-1954 25 25 25 25 25 25 25 Leitura discretaAveiro (Universidade) 1980-1992 10 10 10 10 10 10 10 10 Digitalização sistemáticaCaramulo 1941-1963 23 23 23 Leitura discretaPenhas Douradas 1941-1959 15 15 15 15 15 15 15 15 Digitalização sistemáticaCovilhã 1943-1986 36 36 36 36 36 36 36 36 Digitalização sistemáticaCoimbra 1935-1966 31 29 29 29 29 Leitura discretaFonte Boa 1958-1981 24 24 24 24 24 24 24 Leitura discretaLisboa (IGIDL) 1860-1992 88 124 102 107 132 132 101 19 19 Digitalização+Leitura discretaÉvora-Cemitério 1940-1992 28 32 34 39 40 41 41 41 Digitalização sistemáticaCatraia 1959-1974 17 17 17 17 17 Digitalização não sistemáticaS. Brás de Alportel 1942-1989 42 42 42 42 42 Digitalização não sistemáticaFigueirais 1945-1981 35 35 35 35 35 Digitalização não sistemáticaPraia da Rocha 1960-1980 21 21 21 21 21 21 21 Leitura discretaMonchique Por inferência diáriaFaro 1943-1992 23 26 28 32 36 38 42 43 Digitalização sistemática

No Quadro II são apresentadas as funções IDF para cada um dos postos utilizados.

Quadro II – Expressões IDF propostas

Curva IDF (I (mm/h) =at (min) b)

Estação udográfica Parâmetros 1000 500 100 50Bragança a 469.45 435.89 357.89 324.17

b -0.614 -0.612 -0.609 -0.607Vila Real a 767.12 703.45 556.04 492.67

b -0.659 -0.656 -0.647 -0.642Porto (Serra do Pilar) a 492.98 462.63 392.06 361.53

b -0.574 -0.576 -0.58 -0.583Aveiro (Universidade) a 420.5 384.96

b -0.621 -0.62Caramulo a 428.17 393.46 313.44 279.23

b -0.509 -0.505 -0.492 -0.485Penhas Douradas a 859.55 787.4 620.87 549.52

b -0.669 -0.664 -0.649 -0.641Covilhã a 472.942 438.14 357.356 322.509

b -0.562 -0.56 -0.552 -0.548Coimbra a 1020.4 943.9 766 689.05

b -0.683 -0.683 -0.681 -0.68Fonte Boa a 520.89 484.46 399.74 363.09

b -0.613 -0.613 -0.611 -0.61Lisboa (IGIDL) a 579.94 541.23 451.14 412.14

b -0.592 -0.592 -0.594 -0.595Évora-Cemitério a 752.99 702.32 584.27 533.36

b -0.631 -0.632 -0.636 -0.638Catraia a 1521.34 1226.80 745.79 600.34

b -0.616 -0.611 -0.6 -0.595S. Brás de Alportel a 1458.66 1174.97 708.99 570.33

b -0.581 -0.58 -0.577 -0.576Figueirais a 2659.5 1982.22 1008.21 749.83

b -0.616 -0.61 -0.598 -0.592Praia da Rocha a 453.42 423.06 352.57 322.14

b -0.566 -0.567 -0.571 -0.574Monchique a 3518.46 2548.65 1145.89

b -0.765 -0.737 -0.633Faro a 923.71 858.24 703.88 637.12

b -0.631 -0.633 -0.636 -0.638

4 – ZONAMENTO ESPACIAL DAS EXPRESSÕES DE CÁLCULO

Como anteriormente foi referido, não existe ainda informação udográfica digitalizada de umnúmero suficiente de postos para se estabelecer uma regionalização das curvas IDFanteriormente identificadas. Para obviar a esse facto, e dada a urgência em prover osconsórcios dos planos de bacia com uma metodologia de âmbito nacional, foi efectuado umestudo de verificação dos zonamentos propostos por GODINHO (1989) para o período deretorno de 100 anos, concretamente: o zonamento das relações entre as estimativas deprecipitação em 60 minutos e as estimativas de precipitação em 24 horas (Fig. 4), e; ozonamento das relações entre as estimativas de precipitação em seis horas e as estimativas daprecipitação em 24 horas (Fig. 6).

O facto de se possuírem estimativas baseadas na digitalização sistemática para alguns postoscoincidentes com os dessas figuras permitiu constactar alguma sub-avaliação dessas relações(principalmente em Faro, Évora, Lisboa e Coimbra). Na zona da serra da Estrêla, por seadicionar também neste estudo informação relativa ao posto da Covilhã, foi possível definirmelhor a variabilidade das relações entre os máximos de 6 e 24 horas, admitindo-se aexistência de dois núcleos de abaixamento dessa relação no maciço da serra, um nas encostas abarlavento, e outro nas encostas a sotavento, à semelhança, aliás, do que o próprioGODINHO (1989) propõe para as relações dos 60 minutos com as 24 horas.

No Algarve existe um núcleo de abaixamento das relações 60 min/24 hr também no sotavento,e não só no barlavento como propõe GODINHO (1989). Este último núcleo do barlavento foiconfirmado no presente estudo com os dados de Monchique.

Outras subavaliações encontradas poderão advir do facto de alguns máximos publicados para24 horas corresponderem a leituras das 0 às 24 horas (efectuadas sobre o udograma) enquantoque outros provêm de leituras das 9 às 9 horas, coexistência essa verificada, por vezes, dentrode uma mesma série.

No presente estudo todos os valores foram padronizados e referenciados das 9 às 9 horas porser esse o intervalo de totalização geralmente adoptado na generalidade das leituras deudómetros. Aliás, a leitura das 0 às 24 horas, assim como a das 9 às 9 horas, não significa quese reproduza o máximoocorrido em 24 horas mas, tão somente, máximos diários (com o diacomo unidade de truncatura). O máximo em 24 horas poderá ocorrer entre a uma hora de umdia e a uma hora do dia seguinte (corrompendo o valor das 0 às 24 horas), ou entre as 8 horasde um dia e as 8 horas do dia seguinte (corrompendo o valor das 9 às 9 horas) ou, como éóbvio, entre qualquer outro intervalo de 24 horas. De qualquer forma o intervalo das 9 às 9horas não só é o praticado pelos observadores nacionais como não quebra eventuais efeitos damaré lunar na precipitação.

Depois de efectuada a verificação dos zonamentos de GODINHO (1989) para o período deretorno de 100 anos, com introdução das alterações acima mencionadas, foi feita umainferência sobre o zonamento dessas mesmas relações para o período de retorno de 1000 anos.Dado que as relações milenares pouco diferem das centenárias foi admitido como válido ageneralização dos zonamentos de 100 anos para períodos de retorno superiores. As Figuras 9e 10 resumem os procedimentos de desagregação de estimativas de 24 horas podendo serutilizadas em conjunção com o ábaco proposto por GODINHO (1989) para obtenção dascurvas IDF ou apenas como inferência do grau de regionalização das expressões pontuais doQuadro II.

Fig. 9 – Percentagem dos máximos em 60 minutos em função dos totais diários para um período de retorno de1000 anos (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).

Fig. 10 – Percentagem dos máximos em 6 horas em função dos totais diários para um período de retorno de1000 anos (adaptado e modificado de GODINHO, 1989).

5 – BIBLIOGRAFIA

BRANDÃO, C. 1995 – Análise de Precipitações Intensas. Dissertação para a obtenção dograu de Mestre em Hidráulica e Recursos Hídricos. IST, Lisboa.

GODINHO, S. 1987 – Valores Máximos de Quantidade de Precipitação. Estimativa dosValores Relativos a Durações Inferiores a 24 Horas (II). Divisão de Hidrometeorologia,INMG, Lisboa.

GODINHO, S. 1989 – Valores Máximos de Quantidade de Precipitação. Estimativa dosValores Relativos a Durações Inferiores a 24 Horas (II). Nota Técnica de Meteorologia eGeofísica Nº 10. INMG, Lisboa.

LOUREIRO, J. MIMOSO; MACEDO, M. Van ZELLER 1981 – Precipitação Máxima em 24Horas para Diferentes Períodos de Retorno. Recursos Hídricos vol. 2, nº 2, pp. 45-61. APRH,Lisboa.

RODRIGUES, R, 1990 – Caracterização de Episódios Meteorológicos Extremos: OSotavento Algarvio. Publicação Nº 10/90, Direcção dos Serviços de Hidrologia.DGRN/MARN, Lisboa.