Characterization and frequency analysis of long-term maximum rainfall from São Martinho, Santa Catarina, Brazil

Autores

DOI:

https://doi.org/10.13083/reveng.v30i1.13621

Palavras-chave:

Heavy rains, Probability, IDF equation, Hydraulic works

Resumo

The study of the frequency of intense rainfall is important for agricultural and environmental planning and the dimensioning of drainage works. This study aimed to characterize and determine the relationships of intensity, duration, and frequency of long-term rainfall in São Martinho, Santa Catarina. The series of annual maximums lasting from one to ten days, observed in the period from 1977 to 2020, were determined. The probability distributions Gumbel, GEV, Log-Normal with two parameters, Log-Normal with three parameters, Pearson type III, and Log-Pearson Type III were evaluated. The parameters were estimated by the method of moments, maximum likelihood method, method of L-Moments, and for the Gumbel distribution, the Chow method was used. The Kolmogorov-Smirnov, Anderson-Darling, and Filliben fitting tests were used, and for the selection of the distribution, the standard error of the estimate was also used. The Log-Normal distribution with three parameters was selected for series lasting one, five and six days. The Pearson III distribution was selected for a duration of three and four days and the GEV distribution for the other five series. The adjusted IDF equation allows the estimation of rainfall intensity with duration from24 hours to 240 hours and a return period ranging from 2 to 100 years.

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Álvaro José Back, Agricultural Research and Rural Extension Company of Santa Catarina

Dr. Engenharia, Prof do PPGCA, UNESC

Referências

AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS E SANEAMENTO BÁSICO - ANA. Hidroweb: Sistemas de Informações Hidrológicas. Available at: . Access on: nov 24, 2021.

ALAM, M. A.; EMURA, K.; FARNHAM, C.; YUAN, J. Best-Fit Probability Distributions and Return Periods for Maximum Monthly Rainfall in Bangladesh. Climate, Basel, v.6, n.9, p.1-17, 2018. doi:10.3390/cli6010009

BACK, Á. J.; BONFANTE, F. M. Evaluation of generalized extreme value and Gumbel distributions for estimating maximum daily rainfall. Revista Brasileira de Ciências Ambientais, v.56, n.4, p.54-664, 2021

BACK, Á. J. Seleção de distribuição de probabilidades para chuvas diárias extremas do estado de Santa Catarina. Revista Brasileira de Meteorologia, v.16, p.211 - 222, 2001.

BACK, Á. J., Frequência de vazões máximas para projetos de drenagem. Revista Técnico-Científica de Engenharia Civil, v.1, n.2, p.1-14. 2018

BACK, Á. J.; CADORIN, S. B. Heavy rain equations for Brazil. International Journal Of Development Research. , v.11, p.43332 - 43337, 2021.

BACK, Á. J.; CADORIN, S. B. Extreme rainfall and intensity-duration-frequency equations for the state of Acre, Brazil. Brazilian Journal of Environmental Sciences (Online), v.55, n.2, p.159-170. 2020. doi.org/10.5327/Z2176-947820200597

BACK, Á. J.; CADORIN, S. B; GALATTO, S. L. Extreme rainfall and IDF equations for Alagoas State, Brazil. Revista Ambiente & Água, v.15, n. 6, e2544 - Taubaté 2020. doi:10.4136/ambi-agua.2544. 2020.

BHAKAR, S.R.; BANSAL, A. K.; CHHAJED, N.; PUROHIR, R.C. Frequency analysis of consecutive days maximum rainfall at Banswara, Rajasthan, India. RPN Journal of Engineering and Applied Sciences, v.1, n.3. p.64-67, 2006.

BARKOTULLA, M. A.B.; RAHMAN. M. S.; RAHMAN, M. M. Characterization and frequency analysis of consecutive days maximum rainfall at Boalia, Rajshahi and Bangladesh. Journal of Development and Agricultural Economics, v.1, n.5, p. 121-126, 2009.

BELTRÁN, J. M. Drenaje Agricola. In: Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación/Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario, Madrid, 1986. 239 p. (Series de Ingeniería Rural y Desarrollo Agrario - Manual técnico Num. 5)

BESKOW, S.; CALDEIRA, T. L.; MELLO, C. R.; FARIA, L. C.; GUEDES, H. A. S. Multiparameter probability distributions for heavy rainfall modeling in extreme southern Brazil. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4B, p. 123-133, 2015.

BLAIN, G. C. ; MESCHIATTI, M. C. Distribuições multi-paramétricas para avaliar a probabilidade de ocorrência de eventos extremos de precipitação pluvial. Revista brasileira de engenharia agrícola e ambiental, v.18, n.3, p.307-313. 2014.

BORGES, G. M. R.; THEBALDI, M. S. Estimativa da precipitação máxima diária anual e equação de chuvas intensas para o município de Formiga, MG, Brasil. Ambiente & Água, v. 11, n. 4, 2016doi:10.4136/ambi-agua.1823

CHOW, V. Handbook of applied hydrology. New York: McGraw-Hill, 1964. 1418p.

CLARKE, R. T. Fitting distributions In: CLARKE, R. T. Statistical modelling in Hydrology. Chichester: John Wiley & Sons. 1994. p.39-84.

CORONADO-HERNÁNDEZ, O.C.; MERLANO-SABALZA, E.; DÍAZ-VERGARA, Z.; CORONADO- HERNÁNDEZ, J.R.; Selection of Hydrological Probability Distributions for

Extreme Rainfall Events in the Regions of Colombia. Water, v. 12,n.5, 1397. 2020, http://dx.doi.org/10.3390/w12051397.

CRUCIANI, D. E.; MACHADO, R. E.; SENTELHAS, P. C. Modelos da distribuição temporal de chuvas intensas em Piracicaba, SP. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 6, n. 1, p. 76-82, 2002. http://dx.doi.org/10.1590/S1415- 43662002000100014

CUNNANE, C. A particular comparison of annual maxima and partial duration series methods of flood frequency prediction. Journal of Hydrology, v.18, p.257–271, 1973.

DAS, N. M. S.; SIMONOVIC, S. P. The Comparison of GEV, Log-Pearson Type 3 and Gumbel Distributions in the Upper Thames River Watershed under Global Climate Models. Water Resources Research Report, London, p. 1-54, 2011.

DE PAOLA, F.; GIUGNI, M.; PUGLIESE, F.; ANNIS, A; NARDI, F. GEV parameter estimation and stationary vs.non-stationary analysis of extreme rainfall in African test cities. Hydrology, v.5, n.28, 2018. doi:10.3390/hydrology5020028

DEPARTAMENTO NACIONAL DE INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTE DNIT. Manual de Hidrologia básica para estruturas de drenagem. Rio de Janeiro, 2005. 133p. Publicação IPR-715

DOURADO NETO, D.; ASSIS, J. P.; TIMM, L. C.; MANFRON, P. A.; SPAROVEK, G.; MARTIN, T. N. Ajuste de modelos de distribuição de probabilidade a séries históricas de precipitação pluvial diária em Piracicaba - SP. Rev. Bras. Agrometeorologia, v. 13, n. 2, p. 273-283, 2005.

ELETROBRÁS. Diretrizes para projetos de PCH. Estudos básicos, cap 6, 15p. 2003.

EPAGRI. Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina. Banco de dados de variáveis ambientais de Santa Catarina. Florianópolis: Epagri, 2020. 20p. (Epagri, Documentos, 310) - ISSN 2674-9521

EUCLYDES, H. Saneamento Agrícola. Atenuação das cheias: Metodologia e projeto. Belo Horizonte, Ruralminas. 1987.320p.

FILLIBEN, J. J. The probability plot correlation coefficient test for normality. Technometrics., v. 17, p. 11-117, 1975.

GONZÁLEZ-ÁLVAREZ, Á.; VILORIA-MARIMÓN, O.M.; CORONADO-HERNÁNDEZ, Ó.E.; VÉLEZ-PEREIRA, A.M.; TESFAGIORGIS, K.; CORONADO-HERNÁNDEZ, J.R.; Isohyetal maps of daily maximum rainfall for different return periods for the Colombian Caribbean Region. Water, v. 11, (2), 358.2019. https://doi.org/10.3390/w11020358.

HEO, J. H.; KHO, Y. W.; SHIN, H.; KIM, S.; KIM, T. Regression equations of probability plot correlation coefficient test statistics from several probability distributions. Journal of Hydrology, v.355, p.1– 15, 2008.

HOSKING, J. R. M. FORTRAN Routines for use with the method of L-moments. Version 3.04, Rep. No. RC 20525 (90933). IBM Research Division, T.J. Watson Research Center, Yorktown Heights, NY. 2005.

IRYDA. Instituto Nacional de Reforma y Desarrollo Agrario. Diseño y construcción de pequeños embalses. Madrid. 1985. 197p. (Series de Ingenieria Rural y Desarrollo Agrario).

JUNQUEIRA JÚNIOR, J. A.; GOMES, N. M.; MELLO, C. R.; SILVA, A. M. Precipitação provável para a região de Madre de Deus, Alto Rio Grande: modelos de probabilidades e valores característicos. Ciência e Agrotecnologia, v.31, n.3, p. 842-850, 2006.

KITE, G. W. Frequency and risk analyses in Hydrology. Water Resources publications. Colorado. 1977. 224 p.

KIST, A.; VIRGENS FILHO, J. S. Análise probabilística da distribuição de dados diários de chuva no estado do Paraná. Revista Ambiente & Água, v. 0, n.1, 2015. doi: 10.4136/ambi-agua.1489

KWAKU, X. S.; DUKE, O. Characterization and frequency analysis of one day annual maximum and two to five consecutive days’ maximum rainfall of Accra, Ghana. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, v.2, n.5, p. 27-31, 2007.

LOUZADA, F.; RAMOS, P. L.; PERDONÁ, G. S. C. Different Estimation Procedures for the Parameters of the Extended Exponential Geometric Distribution for Medical Data. Computational And Mathematical Methods In Medicine, v. 2016, p. 1-12, 2016. Hindawi Limited. http://dx.doi.org/10.1155/2016/8727951.

MANDAL, S.; CHOUDHURY, B.U. Estimation and prediction of maximum daily rainfall at Sagar Island using best fit probability models. Theoretical an Applied Climatology. 2014. Doi: 10.1007/s00704-014-1212-

MARQUES, R. F.de P. V.; MELLO, C. R.; SILVA, A. M.; FRANCO, C. S.; OLIVEIRA, A. S. Desempenho de distribuições de probabilidades aplicadas a eventos extremos de precipitação diária. Ciência Agrotecnologia, v.38, n.4, p.335-342. 2014. https://doi.org/10.1590/S1413-70542014000400003

MARQUES, R. F. P. V.; MELLO, C. R.; FRANCO, C. S.; OLIVEIRA, . S.; ALCANTRA, E. Métodos de estimativas dos Parâmetros da distribuição Log-Normal a 3 parâmetros para a precipitação máxima diária em municípios com médio a alto potencial erosivo. Sustentare, v.1, n.1, p.108-117, 2017

MELLO, C. R.; SILVA, A. M. Métodos estimadores dos parâmetros da distribuição de Gumbel e sua influência em estudos hidrológicos de projeto. Irriga, Botucatu, v. 10, n.4, p.318-334. 2005. doi: https://doi.org/10.15809/irriga.2005v10n4p334-350

MELLO, C. R.; FERREIRA, D. F.; SILVA, A. M.; LIMA, J. M. Análise de modelos matemáticos aplicados ao estudo de chuvas intensas. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v. 25, p. 693-698, 2001. http://dx.doi.org/10.1590/S010006832001000300018

MISTRY, P. B.; SURYANARAYANA, M. V. Estimation of annual one day maximum rainfall using probability distributions for Waghodia Taluka, Vadodara. Global Research and Development Journal for Engineering, p.296-300. 2019.

MOMIN, U.: KULKARNI, P. S.; HORAGINAMANI,S. M., RAVICHANDRAN, M.; PATEL, A.M.; KOUSAR, K. Consecutive Days Maximum Rainfall Analysis by Gumbel’s Extreme Value Distributions for Southern Telangan. Indian Journal of Natural Sciences, v.11, n.7, p.408-412

MOURI. G.; MINOSHIMA. D.; GOLOSOV, V.; CHALOV, S.; SETO, S.; YOSHIMURA, K.; NAKAMURA, S.; OKI, T. Probability assessment of flood and sediment disasters in Japan using the Total Runoff-Integrating Pathways model. International Journal of Disaster Risk Reduction, v.3, p.31–43, 2013.

NAGHETTINI, M.; PINTO, E. J. A. Hidrologia estatística. CPRM, Belo Horizonte.2007.

NAMITHA, M. R.; VINOTHKUMAR, V. Development of empirical models from rainfall-intensity-duration-frequency curves for consecutive Days maximum rainfall using GEV distribution. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, v.8, n.1, p.2705-2709, 2019.

PENNER, G.; C.; LIMA, M. P. Comparação entre métodos de determinação da equação de chuvas intensas para a cidade de Ribeirão Preto. São Paulo, UNESP, Geociências, v. 35, n. 4, p.542-559, 2016.

SANTOS, G. G.; GRIEBELER, N. P.; OLIVEIRA, L. F. C. Chuvas intensas relacionadas à erosão hídrica Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v.14, n.2, p.115–123, 2010.

OLOFINTOYE, O. O; SULE, B. F; SALAMI, A. W. Best–fit Probability distribution model for peak daily rainfall of selected Cities in Nigeria. New York Science Journal, 2009, v.2, n.3, 2009.

PIZARRO, F. Drenaje agrícola y recuperacion de suelos salinos. Madrid, Editorial Agrícola Epañola, 1978, 521p.

RIZWAN, M.; GUO, S.; XIONG, F.; YIN, J. Evaluation of various probability distributions for deriving design flood featuring right-tail events in Pakistan. Water 10, 1603. 2018, doi:10.3390/w10111603

SABARISH, R.M.;NARASIMHAN. R.; CHANDHRU, A.R.; SURIBABU, C. R.; SUDHARSAN, J.; NITHIYANANTHAM, S. Probability analysis for consecutive-day maximum rainfall for Tiruchirapalli City (south India, Asia). Appl Water Sci , v.7, p.1033–1042, 2017.

SALINAS, J. L.; CASTELLARIN, A.; KOHNOVÁ, S.; KJELDSEN, T. R. Regional parent flood frequency distributions in Europe-Part 2: Climate and scale controls. Hydrology and Earth System Sciences, v.18, p.4391–4401, 2014.

SANSIGOLO, C. A. Distribuições de extremos de precipitação diária, temperatura máxima e mínima e velocidade do vento em Piracicaba, SP (1917-2006). Revista Brasileira de Meteorologia, v.23, n. 3, 2008, p.341-346. http://dx.doi.org/10.1590/S0102-77862008000300009

SASIREKA, K.; SURIBABU, C. R.; NEELAKANTAN, T. R. Extreme Rainfall Return Periods using Gumbel and Gamma Distribution. International Journal of Recent Technology and Engineering (IJRTE), v.8, n.4S2, 2019.

SHAH, K; , SURYANARAYANA, T.M.V. Characterization and Frequency Analysis of One Day Annual Maximum and Two to Seven Consecutive Days’ Maximum Rainfall of Panam Dam, Gujarat, India. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), v.13, n.2, p.76-80, 2014.

TEIXEIRA, S. A. Coeficientes da equação de intensidade-duração-frequência para Tibagi-PR com distribuição Gumbel-Chow. Journal of Agronomic Sciences, v.8, p.59-72, 2019

U.S. Water Resources Council (USWRC). Guidelines for Determining Flood Flow Frequency. Bulletin 17A, U.S Geological Survey, Washington, D.C, 1981.

VIVEKANANDAN, N. Quantitative Assessment on Fitting of Gumbel and Frechet Distributions for Extreme Value Analysis of Rainfall. International Journal of Scientific Research in Science and Technology, v. 1, n. 2, p. 68-73, 2015.

Downloads

Publicado

2022-06-01

Como Citar

Back, Álvaro J., & Back, L. (2022). Characterization and frequency analysis of long-term maximum rainfall from São Martinho, Santa Catarina, Brazil . Revista Engenharia Na Agricultura - REVENG, 30, 142–155. https://doi.org/10.13083/reveng.v30i1.13621

Edição

Seção

Recursos Hídricos e Ambientais