Uso do SGI IDRISI Como Ferramenta De Manipulação de Dados Pluviométricos da Bacia do Rio Piracicaba-SP

Contato
Giampaolo Queiroz Pellegrino
CEPAGRI - UNICAMP
Cidade Universitária - Barão Geraldo
13.083-970 - Campinas - SP
e-mail: giam@cpa.unicamp.br

Autoria
Giampaolo Queiroz Pellegrino - CEPAGRI - UNICAMP
Jorge Marcos de Moraes - CENA - USP
Luiz Antônio Martinelli - CENA - USP
Reynaldo Luiz Victória - CENA - USP

RESUMO
Dispôs-se neste trabalho do SGI IDRISI como ferramenta de análise da distribuição espacial da chuva anual na bacia do rio Piracicaba-SP. Através dele também foram geradas novas séries por sub-bacias, para a análise temporal. Estas foram utilizadas na análise de tendências e quebra de recordes através dos testes de Mann-Kendall e de Pettitt. Detectou-se uma tendência espacial de queda dos índices pluviométricos no sentido leste-oeste. A análise temporal indicou uma tendência de aumento estatisticamente significativa em toda a bacia, com ponto de início após a seca de 1968.

Palavras-chave: SGI, IDRISI, análise espacial da precipitação, análise temporal da precipitação, bacia do rio Piracicaba.

ABSTRACT
GIS IDRISI was used as an analysis tool for the annual precipitation spatial distribution on the Piracicaba river basin, State of São Paulo, Brazil. It also generated new series for its watersheds, used on the temporal data analysis. The Mann-Kendall trend test and the Pettitt change-point test were applied on these new series. They showed a significant upward temporal trend for the whole basin, begging after the 1968 drought. Spatially an east-west downward trend was detected.

Keywords: GIS, IDRISI, precipitation spatial analysis, precipitation temporal analysis, Piracicaba river basin.

1. Introdução

A espacialização dos dados climáticos sobre determinada região é uma etapa básica, porém essencial a qualquer estudo que pretende conhecer o comportamento do seu ciclo hidrológico. Com o advento da computação, a geração de mapas com esse objetivo se tornou mais fácil e rápida, especialmente através de pacotes gráficos e dos Sistemas Geográficos de Informações (SGIs).

Dentre os autores que fazem uso de SGI com o objetivo de espacialização e integração de dados meteorológicos no Brasil, destacam-se ASSAD & SANO (1993) e ASSAD (1994). Ambos utilizam o Método do Inverso do Quadrado da Distância (MIQD), que foi testado por WEI & MCGUINNESS (1973) quanto ao cálculo de dados perdidos e ao cálculo da lâmina d'água sobre uma superfície, apresentando melhores resultados quando comparado a outros métodos. Esse método assume que a precipitação a ser estimada para determinado ponto é proporcional à precipitação medida em n postos vizinhos e é inversamente proporcional à distância entre o ponto e cada um destes postos.

2. Métodos de análise dos dados

Com o objetivo de conhecer o comportamento espacial e temporal da precipitação anual sobre a bacia do rio Piracicaba-SP, dispôs-se das séries de dados do Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo (DAEE-SP). Foram selecionados 33 postos com dados entre 1947 e 1991, sendo 25 internos e 8 vizinhos à bacia. Esse grupo de postos foi escolhido dentre aqueles que não apresentassem interrupção de registros maior que 2 anos. Fez-se o preenchimento de falhas e análise de consistência sobre essa base de dados em escala mensal através dos métodos descritos por UNESCO (1982).

Optou-se por empregar um Sistema Geográfico de Informações (SGI) na análise dos dados porque esse tipo de sistema se enquadra perfeitamente à função de análise e visualização espacial, com rotinas já estabelecidas para a interpolação. O software escolhido foi o IDRISI por não necessitar de uma configuração de hardware muito avançada e por apresentar recursos suficientes para auxiliar nas análises.

Assim, o MIQD também foi adotado neste trabalho para a interpolação dos dados de água anual precipitada na bacia do rio Piracicaba através do SGI IDRISI. Ainda com base nesse sistema, fez-se o cálculo da série de dados de lâmina d'água anual média por sub-bacia. Esses dados gerados foram analisados através do método de Mann-Kendall (descrito com detalhe em Sneyers, 1975) e do de Pettitt (descrito com detalhe em Pettitt, 1979), dois métodos não-paramétricos robustos para análise de tendência e de quebra de recordes, respectivamente.

3. Resultados

A figura 1 exemplifica, através dos dados normais, a distribuição espacial da precipitação anual obtida. Tanto para os dados normais como para os anuais, observa-se uma tendência de queda no sentido leste-oeste, ou seja, da região da serra da Mantiqueira para o interior do Estado.

A análise do resultado do teste de Mann-Kendall pode ser feita graficamente pelas curvas das estatísticas u(t) e u'(t). Elas expressam a comparação sucessiva de cada dado com seus anteriores ou posteriores, respectivamente. No caso de uma tendência significativa, a curva dos valores de u(t) ultrapassa os limites de confiança. O cruzamento dessas estatísticas deve se encontrar entre esses limites e permite situar aproximadamente o início da tendência. A figura 2(a) mostra a tendência detectada para a bacia como um todo, que foi observada também individualmente em todas as suas sub-bacias. Na figura, a tendência passa a ser significativa a partir de 1976.

No teste de Pettitt, por sucessivas comparações de duas amostras x1,..., xt e xt+1,..., xN que vêm da mesma população, pode-se detectar uma mudança na média e calcular seu nível de significância estatística, quando a curva da estatística Ut,N o ultrapassa. A figura 2(b) mostra o ponto de ruptura da série em 1969, apontando a seca de 1968 como ponto que divide a série em duas amostras distintas e a partir do qual a tendência detectada teve início.

4. Considerações finais

É importante destacar a versatilidade da utilização de um SGI como uma ferramenta poderosa de manipulação e geração de novos dados meteorológicos. A continuação deste trabalho envolve a aplicação dessa mesma técnica para estudo da vazão e evapotraspiração na bacia.

5. Bibliografia

SAD, E.D. (coord.) Chuvas nos cerrados: análise e espacialização. EMBRAPA- CPAC/SPI. Brasília, 1994. 423p.
SAD, E.D. & SANO, E.E. (ed.) Sistema de informações geográficas: aplicações na agricultura. EMBRAPA-CPAC. Brasília, 1993. 274p.
TTITT, A.N. A non-parametric approach to the change-point problem. Applied Statistics, 28(2):126-135. 1979. SNEYERS, R. Sur l'analyse statistique des séries d'observations. Note Technique No. 143, OMM- No.415, Genève, 1975. 192p.
UNESCO. Guia metodológica para la elaboración del balance hídrico de América del Sur. Ed. UNESCO. 1982.
WEI, E.C. & MCGUINNESS, J.L. Reciprocal distance squared method. A computer technique for estimating areal precipitation. Agricultural Research Service. U.S. Department of Agriculture. Repport ARS-NC-8. , 1973. 30p.

Figura 1 - Distribuição espacial da Precipitação normal na bacia do rio Piracicaba.

Figura 2 - (a) Teste de Mann-Kendall para a precipitação anual média na bacia do rio Piracicaba.
(b) Teste de Pettitt para a precipitação anual média na bacia.
(----) limite de significância de 10% e (_ _ _) limite de significância de 5%.