Precipitação extrema e modelagem hidrogeomorfológica de fluxo de detritos na Bacia do Jacareí - Serra do Mar paranaense

Abstract

Resumo: A Serra do Mar é um dos ambientes montanhosos brasileiros com maior suscetibilidade intrínseca a movimentos gravitacionais de massa (MGMs). O clima local corrobora este cenário pela alta incidência de chuvas intensas. Este estudo busca avaliar aspectos hidrogemorfológicos da ocorrência de fluxos de detritos na Serra do Mar, a partir de análises de dados e da modelagem na bacia hidrográfica do rio Jacareí, entre os municípios de Morretes-PR e Paranaguá-PR. A paisagem da bacia sofreu grandes transformações após os movimentos gravitacionais de massa (MGMs) decorrentes das chuvas de março de 2011. Muitas pesquisas foram desenvolvidas no local, resultando sobretudo no mapeamento da suscetibilidade das encostas. O presente estudo contribui com este debate como projeto voltado ao entendimento da dinâmica hidrogeomorfológica em bacias montanhosas e florestadas, edital CAPES/ANA e universidades no sul do Brasil. Na primeira frente deste estudo foram avaliadas as condições hidrometeorológicas do evento – como a excepcionalidade e a gênese atmosférica do "Águas de Março". Isto foi realizado por meio da análise estatística de dados hidrometeorológicos horários, de reanálise climática; e da avaliação de dados de sensoriamento remoto da Terra. Foram identificados aportes de umidade de oeste e do oceano, influenciados pela ocorrência de um cavado com a formação de um corredor de umidade sobre a região, com contribuição de uma ZCAS e de anticiclones periféricos que sustentaram a persistência da precipitação. As análises indicam que a singularidade do evento Águas de Março está associada à duração (143 horas) e ao acumulado (406,4 mm) mais do que às intensidades máximas horárias (42,6 mm/h). A partir de curvas IDF o tempo de retorno calculado para o evento é de 80 anos. Concluiu-se que a longa duração está associada à simultaneidade de atuação entre estes sistemas atmosféricos. Na segunda frente, o estudo buscou-se avaliar as características geomorfológicas e a contribuição da bacia do rio Gigante para os fluxos de detritos e avaliar a aplicabilidade do modelo Hyper Kanako para estudos na região. Realizouse a calibração e validação do modelo com a geração de escavação-transportedeposição correspondente ao "Águas de Março". Como produtos intermediários sugeriu-se uma metodologia para geração de MDT de boa resolução (2,5 m) com condições de espessura anteriores ao evento e uma para a estimativa volumétrica de detritos lenhosos gerados. O volume de detritos lenhosos estimado para a bacia do rio Gigante foi de 79223 m³. A extensão de área abrangida pelos depósitos de material oriundo desta sub-bacia foi de 1,93 kms e de 3,68 kms para o alcance dos fluxos. O volume modelado de solo e rocha movimentados foi de 504378,39 m³ para toda a bacia do rio Jacareí, que representa 73% do volume estimado por meio de cicatrizes (análise espacial). O modelo Hyper Kanako demonstrou-se passível de aplicação para a região podendo ser empregado para planejamento territorial e de gestão de risco de desastres, mediante novos experimentos de calibração.

Abstract: Serra do Mar is one of the Brazilian mountainous reliefs most prone to gravitational mass movements. Local climate also contributes to this susceptibility scenario due to frequent and intense rainfall occurrence. This study aims to outline hydrogeomorfological factors relevant to debris flow occurrence in Serra do Mar, through data analysis and modeling at the Jacareí river basin located between Paranaguá-PR and Morretes-PR municipalities, in southern Brazil. Local landscape was severely impacted by gravitational mass movements resultant of intense rainfall occurred in march 11th 2011. Subsequently many studies were made there, resulting majorly in susceptibility mapping of the Jacareí river basin. This study is part of a regional initiative centered on the hydrogeomorphological dynamics at mountainous forested reliefs, promoted by CAPES, ANA and southern Brazilian universities. First, we analyzed the hydrometeorological conditions associated with the debris flow occurrence, such as the event exceptionality and the atmospheric conditions of the Aguas de Março rainfall event. The analyses show that the singularity of the event is associated with the accumulated rainfall volume (406,4 mm) and its duration (143 hours) than to maximum rainfall intensity (42,6 mm/h). IDF curves were stablished for the Jacareí river basin, gathered with the Aguas de Março event return period, of 80 years. The event’s origin is related to the encountering of humidity coming from WNW and from the ocean (E), both influenced by a trough that formed a humidity corridor over southern Brazil. The precipitation persistence was also caused by peripherical anticyclones and humidity displaced from the ZCAS region. We concluded that rainfall persistence was caused by the simultaneous occurrence of different atmospheric systems. Secondly, some shape aspects of the landslides were analyzed such as: volume, distribution, flow and deposits depth and vegetation cover variation. The Hyper Kanako model was calibrated and validates for the Gigante River basin considering the "Águas de Março" rainfall event. Some intermediate products were generated in the debris flow analyses, such as: a methodology for remodeling a DTM with 2,5 m resolution that simulates terrain conditions and soil depth previous to the Aguas de Março event and another for estimating the volume of wooden debris generated. The wooden debris estimated for the Gigante River basin is 79223 m³. The debris-flow reached approximately 3,68 kms while deposits reached 1,93 kms. The modeled volume of material mobilized in the event was 504378,39 m³, what represents 73% of the volume evaluated through the landslide scars and spatial analysis. The results show that the calibration and use of Hyper Kanako model for basin and territorial management of disaster-prone areas is feasible and can be applied on land management after further calibration experiments.

Resumen: La Serra do Mar se destaca como uno de los ambientes montañosos brasileños con mayor susceptibilidad a movimientos gravitacionales de masa (MGMs). El clima local también contribuye para este escenario por la alta incidencia de lluvias intensas. Este estudio busca comprender aspectos hidrogemorfológicos de la ocurrencia de flujos de detritos en la Serra do Mar, a partir de análisis de datos y modelado de la cuenca hidrográfica del Río Jacareí, ubicado entre Morretes-PR y Paranaguá-PR, en el sur de Brasil. El paisaje de la cuenca sufrió importantes transformaciones luego de los MGMs producto de las lluvias del 11 de marzo de 2011. Se llevaron a cabo muchas investigaciones en el sitio, que resultaron principalmente en el mapeo de la susceptibilidad a los MGMs. Este estudio contribuye con este debate como un proyecto destinado a comprender la dinámica hidrogeomorfológica en cuencas montañosas y frondosas, con fomento de CAPES/ANA y de universidades del sur de Brasil. En primer lugar, se evaluaron las condiciones hidrometeorológicas asociadas a los flujos de detritos - como la excepcionalidad y la génesis atmosférica del evento "Aguas de Março". Esto se hizo con análisis estadístico de datos hidrometeorológicos horarios, análisis climático; y la evaluación de datos de sensores remotos de la Tierra. Se identificaron aportes de humedad del occidente y del océano, influenciados por la ocurrencia de una vaguada con la formación de un corredor de humedad sobre la región, con el aporte de una ZCAS y anticiclones periféricos que sostuvieron la persistencia de la precipitación. Los análisis indican que la singularidad del evento Aguas de Marzo está asociada a la duración (143 horas) y al acumulado (406,4 mm) más que a las intensidades horarias máximas (42,6 mm/h). A partir de las curvas IDF, el período de retorno calculado para el evento es de 80 años. Se concluyó que la larga duración está asociada a la simultaneidad de acción entre estos sistemas atmosféricos. En el segundo punto, fueron evaluadas las características geomorfológicas y la contribución de la cuenca del río Gigante a los flujos de detritos. También fue evaluada la aplicación del modelo Hyper Kanako, calibrado y validado conforme el evento de lluvia ocurrido. Como principales productos intermedios se sugirió una metodología de generación de MDT de buena resolución (2,5 m), simulando condiciones de espesor de suelo previas al evento y la estimación volumétrica de los detritos leñosos. El volumen estimado de desechos leñosos para la cuenca del Río Gigante fue de 79223 m³. La extensión del área cubierta por los depósitos de material de la cuenca del río Gigante fue de 1,93 kms y 3,68 kms para el alcance de los flujos. El volumen modelado de suelo y rocas movidos para toda cuenca del Jacareí fue 504.378,39 m³, lo que representa el 73% del volumen estimado por las cicatrices. Se demostró que el modelo Hyper Kanako es pasible de aplicación a la región y puede ser utilizado para la planificación territorial y la gestión del riesgo de desastres, por medio de nuevos experimentos de calibración.