Eventos Extremos e Seus Impactos nos Recursos Hídricos

Eventos Extremos Prof Arthur Carniato Sanches UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS Campus de DouradosMS Rodovia DouradosItahum Km 12 Unidade II Considerações Iniciais Como visto anteriormente a grandeza das chuvas ou das vazões usadas nos projetos de manejo dos recursos hídricos depende do período de retorno T exigido pelo projeto obra Uma vez que se disponha de uma série de dados a análise dos extremos consistirá em associar a magnitude do evento a um período de retorno Os eventos extremos podem ser classificados em máximos enchentes e em mínimos secas O que são eventos extremos É quando os fenômenos naturais atingem áreas ou regiões habitadas pelo homem e causam danos prejuízos podendo ser eventos de máximos desastres naturais ou de mínimos secas prolongadas Exemplo de máximo Exemplo de mínimo Considerações Iniciais Estudos indicam um aumento na intensidade e na frequência de fenômenos extremos Considerações Iniciais Na década de 70 a média de desastres ocorridas no mundo foi de 90 eventos por ano saltando para mais de 260 eventos na década de 90 Dentre os principais fatores responsáveis pelo aumento dos desastres naturais em todo o mundo estão crescimento populacional crescimento das favelas e bolsões de pobreza ocupação de áreas de risco ocupação da zona costeira mudanças climáticas globais Histórico TSUNAMI ENCHENTES TORNADOS DESMORONAMENTO Rio de Janeiro SECAS Causas O que Leva a aumentar os desastres naturais Causas Urbanização Em 40 anos 107 milhões de pessoas passam a viver em cidades Não houve tempo para formar uma cultura urbana Houve uma ocupação desordenada e não houve planejamento urbano Isso provocou um grande impacto aos recursos hídricos 80 a 85 da população brasileira vive em grandes cidades ou Megacidades Houve um aumento fantástico dos vetores de crescimento urbano nos últimos 80 anos em São Paulo Atualmente a grande preocupação em São Paulo está no vetor de crescimento da região Leste paulistana pois é nesta região que se encontra a cabeceira do rio Tietê Causas Urbanização Com isso podese considerar que haverá um agravamento da situação de enchentes da RMSP Região Metropolitana de São Paulo para um futuro próximo A RMSP por meio de ações da Prefeitura de São Paulo e do DAEE Departamento de Águas e Energia Elétrica bem como das prefeituras da região do ABCD transformouse nos últimos anos em referência nacional na implantação se soluções inovadoras de drenagem urbana Cerca de 33 bacias de detenção chamadas de piscinões com retenção de 45 milhões de metros cúbicos foram implantadas na RMSP até o ano de 2003 Causas URBANIZAÇÃO Problemas ambientais urbanos Problemas sociais urbanos Eventos Inesperados Causas Aquecimento Global Corresponde ao aumento da temperatura média terrestre causado pelo acúmulo de gases poluentes na atmosfera O século XX foi considerado o período mais quente desde a última glaciação Houve um aumento médio de 07C nos últimos 100 anos Estudo recente de 2017 indica que são de 90 as chances do aumento das temperaturas médias no século XXI para valores entre 2 a 49 C Um aumento de 2 C já resultaria em graves e irreversíveis problemas ambientais Causas Aquecimento Global Acreditase que o mesmo pode estar relacionado ao aumento de Tsunami Efeito Estufa Causas Uso de combustíveis fósseis Desmatamento Atividades Industriais Queimadas O efeito estufa pode estar relacionada a diversas causas entre elas Causas Efeito Estufa Consequências do Efeito Estufa Mudança na composição da fauna e da flora em todo o planeta Derretimento de grandes massas de gelo das regiões polares ocasionando o aumento do nível do mar Aumento de casos de desastres naturais como inundações tempestades e furações Extinção de espécies Desertificação de áreas naturais As secas poderão ser mais frequentes As mudanças climáticas podem ainda afetar a produção de alimentos pois muitas áreas produtivas podem ser afetadas Causas Efeito Estufa Consequências do Efeito Estufa O derretimento das calotas polares já é uma realidade e os impactos negativos na região já podem ser observados Causas Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Os principais fenômenos relacionados a desastres naturais são derivados da dinâmica externa da terra tais como Inundações alagamentos e enchentes Enxurradas Deslizamentos de solos e rochas Tempestades Estiagens Eventos Extremos no Brasil Definições a Inundação transbordamento das águas de um curso dágua atingindo a planície de inundação ou área de várzea Existem três tipos de inundação Inundação fluvial quando ocorrem fortes chuvas que causam o transbordamento da água de rios e lagos Inundação marítima originada por grandes ondas e ressacas Inundação artificial causada por falhas humanas como rompimento de barragens acidentes na operação de comportas etc Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Definições b Enchentes ou cheias são definidas como a elevação do nível dágua no canal de drenagem devido ao aumento da vazão atingindo a cota máxima do canal porém sem extravasar Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Definições c Alagamento É o acúmulo momentâneo de águas em determinados locais por deficiência no sistema de drenagem Cobre pequena parte da planície Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Definições d Tempestade É um fenômeno atmosférico marcado por ventos fortes trovoadas relâmpagos granizo e chuva Usualmente com duração de dezenas de minutos Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Definições e Deslizamentoescorregamento de terra É um fenômeno de ordem geológica e climatológica que inclui um largo espectro de movimentos do solo tais como quedas de rochas falência de encostas em profundidade e fluxos superficiais de detritos Tipos de Eventos Eventos Extremos no Brasil Definições f Estiagem é causada quando chove pouco ou não chove numa determinada região por um período de tempo muito grande Chamase seca quando este fenômeno ocorre com maior intensidade Tipos de Eventos Inundações ou Enchentes Tipos de Eventos Estiagem e Secas no Brasil Tipos de Eventos Os Eventos Extremos podem ser classificados Intensidade Origem Duração Níveis I e II desastres facilmente superáveis pelo município não há necessidade de recursos externos Nível III município declara Situação de Emergência SE Nível IV o município declara Estado de Calamidade Pública ECP Ordem dos Eventos Os Eventos Extremos podem ser classificados Desastres que causam pequenos prejuízos frequência alta prejuízo total pequeno comparado com os de grande impacto Magnitude Frequência Desastres que causam enormes prejuízos frequência rara grande prejuízo total Magnitude Frequência Ordem dos Eventos Impactos do Clima na Agricultura A agricultura em regiões tropicais é uma das atividades econômicas mais vulneráveis ao aquecimento global As culturas já adaptadas ao clima nessas regiões sofrerão com temperaturas mais altas e mudanças na distribuição pluviométrica no decorrer do tempo Centenas de milhões de agricultores do mundo inteiro principalmente na África e na Ásia mas também no Brasil enfrentarão riscos tanto econômicos quanto relacionados à saúde Proporção dos Eventos Impactos do Clima na Agricultura O déficit de chuvas durante o verão e o outono de 2001 resultou em uma redução significativa do fluxo dos rios de toda a região Nordeste CentroOeste e Sudeste do Brasil o que reduziu a capacidade de produção de energia hidrelétrica nessas áreas 90 da energia do Brasil provêm de fontes hidrelétricas Em um verão anormalmente seco e quente houve uma excesso de demanda por energia para sistemas de arcondicionado e refrigeração causando reduções nos níveis dos reservatórios das usinas hidrelétricas que atingiram níveis mínimos críticos 5 ou menos do volume total A natureza de larga escala dos déficits que afetou quase o país inteiro causou uma crise energética que forçou o governo a impor medidas de conservação de energia para evitar a interrupção total do fornecimento de energia blackout durante parte de 2001 e 2002 Proporção dos Eventos Impactos do Clima na Agricultura A seca que vem afetando o Sul do Brasil e o Nordeste da Argentina desde 2008 afetou a produção de soja e grãos na Argentina e junto com a queda nos preços internacionais gerou uma previsão de redução de cerca de 30 das exportações de cerca de 8 a 9 bilhões de dólares em 2009 Essa previsão pode se modificar caso o volume de chuvas volte ao normal e os preços da soja em grão aumentem O ano de 2009 é considerado o mais seco dos últimos 80 anos No sul do estado do Rio Grande do Sul fronteira com a Argentina e o Uruguai muitos fazendeiros informaram que a seca levou à perda de milho e outros grãos Não foi possível plantar feno para o gado e a produção de leite foi reduzida Proporção dos Eventos Impactos do Clima na Agricultura No sul do Brasil a produção nacional de trigo da última colheita foi de seis milhões de toneladas o melhor resultado desde 2004 A seca atrasou o plantio de trigo em algumas regiões de Santa Catarina e Rio Grande do Sul e em partes do Paraná o que pode prejudicar a colheita de inverno do hemisfério Sul de acordo com o Ministério da Agricultura A previsão oficial para a produção de grãos para 2008 2009 é de 55 milhões de toneladas o que significa uma queda de 9 com relação ao previsto no início do ano Proporção dos Eventos Possíveis Soluções Eventos Extremos Entender como acontecem os eventos extremos Aumentar a resistência da sociedade contra esses fenômenos Análise de eventos Período de Retorno Período de retorno T ou TR é o intervalo de tempo em anos estimado esperado para a ocorrência de um determinado evento É um termo bastante utilizado em hidrologia e é definido como o inverso da probabilidade de um evento ser igualado ou ultrapassado em um ano qualquer Frequência F é o número de repetições dentro de um intervalo T em anos T 1F ou P 1T Análise de Eventos Extremos T 10 anos agricultura Probabilidade e Frequência Análise de Eventos Extremos Chamamos de P é a probabilidade de um evento ocorrer em um ano qualquer Frequência é a razão entre o número de ocorrências pelo número de observações A análise de frequência consiste na avaliação a partir de uma série de dados homogêneos do número de vezes que o evento observado supera ou é menor que determinado valor de referência Para se estimar a frequência para os valores máximos os dados observados devem ser classificados em ordem decrescente e a cada um atribuise o seu número de ordem para valores mínimos fazer o inverso A frequência com que foi igualado ou superado um evento de ordem m em um conjunto de N amostras pode ser dada por Método Califórnia ou khimball Proposta de Kimball Análise de Eventos Extremos A relação de Kimball dá uma boa ideia do valor real de P para tempos de retornos menores que n número de anos de observação Para tempos de retorno muito elevados devese usar uma função de distribuição de probabilidade que melhor se ajuste ao evento estudado P mn1 x 100 T n1m anos Distribuição e Probabilidade Análise de Eventos Extremos As variáveis contínuas têm suas distribuições de probabilidade simples apresentadas na forma de uma função densidade de probabilidade FDP Já as variáveis nãocontínuas utilizam a função cumulativa de probabilidades FCP que representa a excedência ou nãoexcedência de um determinado valor Essas funções são estimadas em função de parâmetros estatísticos da série temporal como média e desvio padrão Ex Se uma cheia é igualada ou excedida em média a cada 100 anos ela terá um período de retorno T 100 anos Isso não quer dizer que este evento ocorrerá regularmente a cada 100 anos já que se trata de uma probabilidade e sim que essa cheia tem 1 de probabilidade de ser igualada ou excedida em qualquer ano P1T11000011 Risco de Falhas em Projetos Análise de Eventos Extremos A escolha do Período de Retorno deverá ser precedida de um estudo do risco associado aos danos provocados por um evento hidrológico superior ao de projeto durante a vida útil da obra O risco permissível da obra falhar uma ou mais vezes ao longo da sua vida útil J 10011 1Tn Onde T é o período de retorno e n é a vida útil da obra tudo em anos Para canalizações de rios e redes de drenagem em zonas urbanas o tempo de recorrência adotado é geralmente de vinte a cem anos Para pequenas barragens rurais normalmente adotase 10 anos EXEMPLOS Análise de Eventos Extremos 1 Para uma obra calculada com tempo de retorno de 10 anos qual o risco de falha J para uma vida útil de 1 5 10 e 100 anos 2 Para uma barragem com uma vida útil estimada em 50 anos qual deve ser o período de retorno para o dimensionamento do seu vertedor caso se deseje um risco de falha de apenas 1 3 Com a seguinte série de dados abaixo de DouradosMS de temperatura mínima anual qual a probabilidade de excedência ou ocorrência P e o tempo de retorno para essa probabilidade T e o Risco de Falha na implantação da cultura do café que suporte até 1º C de mínima da temperatura do ar valores menores há risco de geadas para que não entre colapso morte Sabendo que o tempo médio de vida vida útil do cafeeiro é de 25 anos 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 05º 12º 26º 17º 23º 29º 28º 24º 25º 27º 1º 34º 07 49º 57º 2º 03º 43º Série de dados para de Temperatura mínima para DouradosMS entre os anos 2001 a 2018 Fonte httpsclimacpaoembrapabr EMBRAPA Agropecuária Oeste EXEMPLOS Análise de Eventos Extremos 1 Para uma obra calculada com tempo de retorno de 10 anos qual o risco de falha J para uma vida útil de 1 5 10 e 100 anos 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑁 1 𝑎𝑛𝑜 𝐽 1 1 1 101 010 100 10 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑁 5 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝐽 1 1 1 105 04095 4095 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑁 10 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝐽 1 1 1 1010 06513 6513 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑁 100 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝐽 1 1 1 10100 09999 9999 EXEMPLOS Análise de Eventos Extremos 2 Para uma barragem com uma vida útil estimada em 50 anos qual deve ser o período de retorno para o dimensionamento do seu vertedor caso se deseje um risco de falha de apenas 1 𝑇 1 1 1 𝐽 1 𝑛 𝑇 1 1 1 001 1 50 49755 𝑎𝑛𝑜𝑠 EXEMPLOS Análise de Eventos Extremos 3 Com a seguinte série de dados abaixo de DouradosMS de temperatura mínima anual qual a probabilidade de excedência ou ocorrência P e o tempo de retorno para essa probabilidade T e o Risco de Falha na implantação da cultura do café que suporta até 1º C de mínima da temperatura do ar valores menores há risco de geadas para que não entre colapso morte Sabendo que o tempo médio de vida vida útil do cafeeiro é de 25 anos 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 05º 12º 26º 17º 23º 29º 28º 24º 25º 27º 1º 34º 07 49º 57º 2º 03º 43º Série de dados para de Temperatura mínima para DouradosMS entre os anos 2001 a 2018 Fonte httpsclimacpaoembrapabr EMBRAPA Agropecuária Oeste 1º passo Fazer a tabela de P e T ao longo dos anos 2º passo Enumerar do menor para o maior evento de mínima 3º passo Calcular a Probabilidade e Tempo de retorno para valores menores que 1ºC 4º passo Calcular o Risco de falha J Análise de Eventos Extremos Ano Tmin ºC Tmin cresc Nº de ordem P T 2001 05 2002 12 2003 26 2004 17 2005 23 2006 29 2007 28 2008 24 2009 25 2010 27 2011 10 2012 34 2013 07 2014 49 2015 57 2016 2 2017 03 2018 43 Análise de Eventos Extremos Ano Tmin ºC Tmin cresc Nº de ordem P T anos 2001 05 07 1 526 19 2002 12 03 2 1053 95 2003 26 05 3 1579 633 2004 17 1 4 2105 475 2005 23 12 5 2632 38 2006 29 17 6 3158 316 2007 28 2 7 3684 271 2008 24 23 8 4211 2375 2009 25 24 9 4737 211 2010 27 25 10 5263 19 2011 10 26 11 5789 172 2012 34 27 12 6316 158 2013 07 28 13 6842 146 2014 49 29 14 7368 135 2015 57 34 15 7894 126 2016 2 43 16 8421 119 2017 03 49 17 8947 112 2018 43 57 18 9474 106 Análise de Eventos Extremos 3 Com a seguinte série de dados abaixo de DouradosMS de temperatura mínima anual qual a probabilidade de excedência ou ocorrência P e o tempo de retorno para essa probabilidade T e o Risco de Falha na implantação da cultura do café que suporta até 1º C de mínima da temperatura do ar valores menores há risco de geadas para que não entre colapso morte Sabendo que o tempo médio de vida vida útil do cafeeiro é de 25 anos EXEMPLOS 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝑛 25 𝑎𝑛𝑜𝑠 𝐽 1 1 1 63325 0986 100 986 𝐽 1 1 1 𝑇𝑛