Regionalização de vazões em cursos hídricos

Seguindo nossa jornada detalhando alguns assuntos de hidrologia, sendo que na semana passada abordamos sobre Tempo de Retorno e sobre a probabilidade de ocorrência de um evento em um ano qualquer. Hoje abordaremos sobre a regionalização de vazões para bacias hidrográficas que não possuem dados históricos.

A regionalização de vazões é uma técnica essencial para estimar valores como vazões em bacias em que não há registros históricos de medições. Essa abordagem utiliza informações de bacias próximas, com dados monitorados, para fazer estimativas confiáveis, muitas vezes se baseia na similaridade entre as condições físicas (como área, declividade e geologia) e climáticas (como precipitação e evapotranspiração).

Os métodos de regionalização de vazões são ferramentas indispensáveis para estimar vazões em bacias hidrográficas onde não há medições históricas. Esses métodos transferem informações de bacias monitoradas para bacias sem dados, utilizando relações matemáticas baseadas em características físicas e climáticas.

A regionalização pode ser feita por diferentes métodos, sendo que ocorreram avanços significativos nas últimas décadas com o desenvolvimento de ferramentas automatizadas. Abaixo apresentamos com brevidade os principais, tentando descrever de maneira simplificada para facilitar a compreensão.

A Regressão Linear Múltipla (MLR) utiliza dados de bacias monitoradas para criar modelos que relacionam vazões (variáveis dependentes) com características físicas e climáticas das bacias (variáveis independentes). Os coeficientes gerados permitem estimar vazões em bacias não monitoradas.  As principais vantagens deste método é a aplicação simples e consolidade, bem como o bom desempenho em regiões homogêneas que apresentem clima e características similares. As limitações estão relacionadas ao fato de que exige delimitação prévia de regiões homogêneas, dificultando ou inviabilizando em áreas com poucos postos. Ainda como limitação, apresenta menor eficiência em regiões heterogêneas ou grande escala. Este método é frequentemente utilizado no Brasil e em estudos internacionais para vazões médias e mínimas (Q90, Q95 e Q7,10)

Os Métodos Geoestatísticos (GEA) combinam variáveis físicas e climáticas com técnicas de interpolação e extrapolação, considerando correlações espaciais.  As vantagens de se utilizar este método é que não depende de delimitação de regiões homogêneas e apresenta desempenho superior em regiões com alta densidade de estações fluviométricas.  Como limitações é possível citar que os resultados tendem a superestimar vazões baixas, não sendo indicado para vazões mínimas.  Além do mais, este método exige alta densidade espacial de estações para maior confiabilidade.  Este método é geralmente utilizado e recomendado para curvas de permanência em regiões úmidas, com resultados melhores que a MLR em diversas situações.

Os Modelos Baseados no Balanço Volumétrico com Produtos de Sensoriamento Remoto (WBV) utiliza dados de precipitação (PPT) e evapotranspiração (ET) estimados por satélite para calcular a vazão média (Qm) com base no balanço hídrico simplificado.  Dentre as vantagens de se utilizar este método pode-se citar que não requer extensa rede de medição local, apresenta boa aplicabilidade em grandes regiões com poucas estações fluviométricas e que os dados de satélite são acessíveis e gratuitos.  Vale mencionar as limitações também, sendo que o método pode superestimar a vazão média em áreas com mudanças significativas no armazenamento do solo.  Este método é recomendado para regiões amplas e heterogêneas. 

Os Métodos de Aprendizado de Máquina (MLT) inclui técnicas como Random Forest (RF), que utiliza árvores de decisão para prever variáveis com base em um grande número de características da bacia.  Podemos citar como vantagens que este método não exige a delimitação de regiões homogêneas, apresenta alta capacidade preditiva, mesmo em condições complexas, e permite trabalhar com um grande volume de dados ("big data").  Como limitações podemos mencionar que apresenta maior custo computacional em comparação aos métodos tradicionais e que requer conhecimento especializado para implementação e interpretação.  Este método é recomendável a sua aplicação para vazões extremas e curvas de permanência. 

Como visto, a regionalização de vazões é como "emprestar informações" de bacias bem monitoradas para bacias sem dados, ajudando a planejar melhor o uso da água em diferentes regiões. Métodos como regressão linear, geoestatística e tecnologias modernas, como satélites e inteligência artificial, tornam esse processo mais preciso e acessível, garantindo um melhor uso dos recursos hídricos em situações em que os dados são limitados. Por fim, vale mencionar também, que apesar de todo o avanço tecnológico, o conhecimento do técnico ao realizar um laudo é ponto primordial para o sucesso e assertividade das informações.

Espero que o conteúdo auxilie.

Até a próxima