Estudo de eventos hidrológicos extremos na bacia do Rio do Peixe - SC com aplicação de índice de umidade desenvolvido a partir do tank model

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia AmbientalA Bacia Rio do Peixe, no Meio-Oeste do Estado de Santa Catarina, sofre de desastres naturais, causados pelo excesso e pela escassez de precipitação. A bacia foi estudada em quatro áreas incrementais, nas sub-bacias delimitadas pelas estações fluviométricas de Rio das Antas (Pe1, 803 km2); de Tangará (Pe2, 2.018 km2); de Joaçaba (Pe4, 3.708 km2) e de Piratuba (Pe4, 5.238 km2), esta última correspondendo à Bacia Rio do Peixe. Foram utilizados os dados hidrometeorológicos diários de 1977 a 2004. Os valores médios, em mm.d-1, de precipitação (P), de evapotranspiração potencial (ETP), evapotranspiração real (ETR) foram 4,70; 2,83; 2,32 (Pe1); 4,83; 2,85; 2,63 (Pe2); 4,93; 2,90; 2,53 (Pe3) e 4,95; 2,95 e 2,73 (Pe4), respectivamente. O Tank Model, com quatro reservatórios em série e doze parâmetros, foi calibrado e validado para cada uma das quatro bacias. Os valores médios diários de vazões observadas e calculadas, em mm.d-1, foram de: 2,38 e 2,43 (Pe1); 2,20 e 2,19 (Pe2); 2,40 e 2,35 (Pe3); 2,22 e 2,18 (Pe4), respectivamente. Foi utilizado um critério de objetivos múltiplos para calibração e validação, resultando no ajuste adequado do Tank Model. Os coeficientes de Nash-Sutcliffe e logaritmo de Nash foram respectivamente: 73% e 78% (Pe1); 80% e 83% (Pe2); 88 e 88% (Pe3); 84% e 84% (Pe4). O índice de umidade Tank (IUT), foi desenvolvido a partir do Tank Model, considerando o armazenamento diário de água em todos os reservatórios, com o uso de valores de tendência central (média e mediana) de toda a série histórica. O IUT, com intervalos de zero a dez, foi aplicado para analisar 290 decretos municipais de situação de emergência e/ou de calamidade pública provocados por desastres naturais decorrentes de excesso ou de escassez hídrica na bacia, para o período de 1977-2004. Sob o enfoque da mediana, o índice de umidade Tank propiciou melhor ajuste do que o uso da média, correspondendo a 84% para enchentes, em 161 decretos de excesso hídrico, e 90% para estiagem, em 129 decretos de escassez hídrica. O IUTmd e a vazão calculada pelo Tank Model tiveram 0,97 de correlação por regressão segmentada. O presente trabalho mostrou que o IUT, em base diária, é aplicável aos eventos hidrológicos extremos, sendo útil para o alerta de enchentes, como também para a análise da continuidade da estiagem. O IUT, portanto, pode ser uma ferramenta para a tomada de decisões no gerenciamento dos recursos hídricos de uma bacia. Rio do Peixe watershed, southern Brazil, has suffered natural disasters caused by excess and shortage of rainfall. The watershed was studied in four catchments, at the gauging stations of Rio das Antas (Pe1, 803 km2); Tangará (Pe2, 2,018 km2); Joaçaba (Pe4, 3,708 km2) and Piratuba (Pe4, 5,238 km2), the last corresponding to Rio do Peixe watershed. Daily hydro meteorological data were used for the period 1977 to 2004. The mean values [mm.d-1] of precipitation (P), potential evapotranspiration (ETP), real evapotranspiration (ETR) were 4.70; 2.83; 2.32 (Pe1); 4.83; 2.85; 2.63 (Pe2); 4.93; 2.90; 2.53 (Pe3); 4.95; 2.95; 2.73 (Pe4), respectively. The Tank Model, structured with four vertical reservoirs and twelve parameters, was calibrated to the four catchments and validated for the studied period. The mean daily observed and calculated discharges [mm.d-1] were: 2.38 and 2.43 (Pe1); 2.20 and 2.19 (Pe2); 2.40 and 2.35 (Pe3); 2.22 and 2.18 (Pe4), respectively. The successfulness of the optimization technique was shown using multiples objectives. The Nash-Sutcliffe and logarithmic Nash index were, respectively: 73% and 78% (Pe1); 80% and 83% (Pe2); 88 and 88% (Pe3); 84% and 84% (Pe4). The Tank Moisture Index (TMI) was developed from the Tank Model, considering the daily water storage in reservoirs 1 to 4, with the use of central tendency (average and median) of the entire historical series. TMI (range 0 to 10) was applied to analyze 290 declarations of "Emergency Situation" and "Public Calamity State" caused by natural hazards in 25 municipalities in Rio do Peixe watershed, for the period of 1977-2004. The appliance of the median produced higher adjustment compared with the use of the average approach, with TMI reaching 84% for floods, in 161 of water excess decrees, and with 90% for droughts, in 129 decrees of water shortage. TMI (median) and Tank Model calculated discharge have 97% of correlation by "segmented regression". The present study showed that Tank Moisture Index, on daily basis, applied to extreme hydrological events, is useful for floods' warnings, and also for droughts duration and severity analyses. TMI, therefore, can be a tool for making decision on watershed management and for natural hazards prevention