Análise de inundações em bacias montanhosas no sul do Brasil por meio de monitoramento e modelagem

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Araranguá, Programa de Pós-Graduação em Energia e Sustentabilidade, Araranguá, 2020.A região de bacias montanhosas é muito atrativa devido à paisagem exuberante, e porque as terras estão mais disponíveis para serem exploradas. Entretanto, essas regiões são mais propensas aos perigos naturais, devido à ocorrência de eventos hidrológicos de alta intensidade e ao tipo de relevo declivoso, que aumentam o potencial destrutivo desses locais. O presente estudo teve por objetivo avaliar a inundação em bacias montanhosas no Sul do Brasil, por meio de monitoramento e modelagem com HAND e HEC-RAS 2D, visando o mapeamento de perigo. Realizou-se um levantamento dos registros históricos de inundação, ocorridos em 2007 nas regiões de leque aluvial dos rios Molha Coco e Malacara, onde está localizado o município de Praia Grande, sul Santa Catarina. Em março de 2007 ocorreram nessa região eventos de grande magnitude com inundação e deslizamentos, causados por uma chuva intensa, em menos 24 horas. Em setembro de 2019 foi instalada uma estação fluviométrica na bacia do rio Malacara. Os dados de vazão medidos referentes aos períodos de 02/01/2020 a 06/01/2020 e 21/01/2020 a 26/01/2020, foram utilizados para calibração e validação do modelo HEC-HMS, respectivamente. Os hidrogramas com as vazões máximas simuladas pelo HEC-HMS ajustado (NSE de 0,87) foram utilizadas para propagar os hidrogramas no modelo HEC-RAS 2D. Com essas vazões foram gerados mapas de profundidades, velocidades e de perigo de inundação para os períodos de retorno (TR) de 5, 10, 50, 100 e 200 anos. Na reconstituição do evento de 2007 foram utilizadas as vazões máximas de 56,36 m³.s-1 e 92,39 m³.s-1 para os rios Molha Coco e Malacara, respectivamente, que foram obtidas com os parâmetros ajustado no HEC-HMS e correspondem ao período de retorno de 100 anos. Verificou-se que a extensão da área de inundação, a profundidade e a velocidade da água, simuladas no HEC-RAS 2D, aumenta à medida que a frequência dos eventos diminui. As profundidades de 1 m e as velocidades de 1 m.s-1 , predominam em todos os períodos de retorno (TR). Já as maiores profundidades e velocidades foram de 12,82 m (TR=200) e 20 m.s-1 (limiar considerado para todos os TRs), respectivamente. Esses valores foram encontrados nas partes mais declivosas das bacias de estudo, dentro dos canais e nos locais de avulsão. Os mapas de perigo mostraram que, o maior valor do índice de perigo de inundação foi encontrado dentro da calha dos rios e nos locais de avulsão. Nesses locais, existem pousadas, restaurantes e residências, que podem sofrer danos estruturais e expor as pessoas ao perigo de um evento de inundação dessa magnitude. Também, comparou-se o modelo HAND com o HEC-RAS 2D para verificar se o seu desempenho em mapear as áreas de inundação em regiões montanhosas, como resultado obteve-se um F estatístico de 39,6% e o Kappa de 0,35, mostrando que seu desempenho foi razoável. O presente estudo, demonstrou a importância do monitoramento e modelagem dos processos hidrológicos em bacias montanhosas, os quais permitiram realizar o mapeamento de perigo de inundação, a fim de auxiliar os gestores no gerenciamento de desastres naturais hidrológicos e no planejamento territorial, como forma de prevenção para a ocupação de áreas de perigo de inundação.Abstract: Mountain basins areas are very attractive due to the beautiful landscape, the cold climate and because the lands are more available to be explored. However, these areas are prone to natural hazards, due to occurrence of high-intensity rainfall events and the type of steep terrain, which increase the destructive potential in these locations. The present study aimed to assess flood in mountain basins in southern Brazil, through monitoring and modeling with HAND and HECRAS 2D, aiming at hazard mapping. A survey was carried out in order to collect the historical records of flooding which occurred in 2007 in the basins of the Molha Coco and Malacara rivers, where the municipality of Praia Grande, south Santa Catarina, is located. In March 2007, events of great magnitude occurred in this region, caused by intense rain, in less than 24 hours. In September 2019, a river discharge station was installed in Malacara River basin. The flow data obtained during the periods from 1st to 6th of January, 2020 and 21st to 26th, 2020, were used for calibration and validation of the HEC-HMS, respectively. The maximum flow rates simulated by the calibrated HEC-HMS (coefficient of Nash = 0.87) were used to propagate the hydrographs in the HEC-RAS 2D. With these flows, maps of depths, speeds and flood hazards were generated for the return periods (TR) of 5, 10, 50, 100 and 200 years. In the reconstitution of the 2007 event, the maximum flows of 56.36 m³.s-1 and 92.39 m³.s-1 were used for the rivers Molha Coco and Malacara, respectively, which were obtained with the parameters calibrated in HEC-HMS and correspond to TR of 100 years. The results showed that the extension of flood area, depth and the water speed, simulated in the HEC-RAS 2D, increase as the frequency of the events decreases. Depths of 1 m and speeds of 1 m.s-1 , predominate in all the TR. The largest depths and speeds were 12.82 m (TR = 200) and 20 m.s-1 (for all TRs), respectively. These values were found in the steepest parts of the study basins, within the canals and in the places of avulsion. Hazard maps showed that the highest degree of flood hazard was found within river channels and at avulsion sites. In these locations there are inns, restaurants and residences, which can suffer from structural damage and expose people to the danger of a flood event of this magnitude. Also, the HAND was used to verify its performance in flood mapping in mountainous regions and a statistical F of 39.6% and a Kappa of 0.35 were obtained, which indicate a reasonable performance. The present study showed the importance of monitoring and modeling of hydrological processes in mountain basins, and allowed performing flood hazard mapping that can assist in the management of hydrological disasters and in territorial planning, as a way to avoid the occupation of flood hazard areas