RESUMO Embora vários estudos tenham objetivado obter as relações intensidade-duração-frequência de eventos extremos de precipitação, essas relações sobre diferentes condições sazonais ainda são relativamente desconhecidas. Desta forma, objetivou-se verificar se as relações de intensidade-duração-frequência, obtidas sazonalmente por meio de registros de precipitação do inverno e do verão, são representativas dos eventos de precipitação máxima da cidade de Pelotas, Rio Grande do Sul, Brasil. Para isso, foram utilizados dados pluviográficos de 1982 a 2015 para constituição de duas séries sazonais: uma para o período do verão composta pelo intervalo de 21 de dezembro a 20 de março; e outra para o inverno, de 21 de junho a 22 de setembro. As relações sazonais foram comparadas com os dados pluviográficos anuais. As relações de intensidade duração e frequência obtidas com os dados de chuva do verão representam adequadamente as precipitações máximas da localidade de Pelotas, Rio Grande do Sul, Brasil. Os valores de intensidades máximas de precipitação obtidos pelas relações de intensidade, duração e frequência do inverno não retratam o cenário de ocorrência de chuvas com maiores intensidades.

ABSTRACT Although several studies have evaluated the intensity-duration-frequency relationships of extreme rainfall events, these relationships under different seasonal conditions remain relatively unknown. Thus, this study aimed to determine whether the intensity-duration-frequency relationships obtained seasonally from the rainfall records in the winter and summer represent the maximum rainfall events for the city of Pelotas, Rio Grande do Sul state, Brazil. Pluviographic data from 1982 to 2015 were used to create two seasonal series: one for the summer from December 21 to March 20 and the other for the winter from June 21 to September 22. These seasonal relationships were compared with the annual pluviographic data. The intensity, duration, and frequency relationships obtained from the summer rain data adequately represented the maximum rainfall in Pelotas, Rio Grande do Sul state, Brazil. The maximum intensity values of rainfall obtained from the relationship of intensity, duration, and frequency for the winter did not adequately encapsulate the occurrence of rain with greater intensities.

RESUMO A relação intensidade-duração-frequência de ocorrência de precipitação é uma técnica que pode subsidiar estudos hidrológicos em modelos de transformação chuva-vazão, muitas vezes, utilizada no dimensionamento de obras hidráulicas. Objetivou-se verificar se há diferença significativa entre as relações, cujos valores de intensidades máximas anuais foram obtidos a partir da desagregação da chuva máxima diária e registros pluviográficos, nas durações de 5, 10, 15, 20, 30, 60, 120, 360, 720 e 1440 min e para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 25, 50 e 100 anos, na localidade de Pelotas/RS, Brasil (31° 46’ 34’’ S; 52° 21’ 34’’ O, altitude de 13,2 m). Pelo teste t de Student, constatou-se que não há diferença significativa entre os valores de intensidades máximas obtidos a partir de registros pluviográficos e àqueles mediante a desagregação de dados pluviométricos diários.

ABSTRACT Rainfall intensity-duration-frequency (IDF) relationships are a tool that can be used in modeling the transformation of rainfall to runoff, required for the design of hydraulic works. The objective of this study was to verify if there is a significant difference between the intensity-duration-frequency relationships generated using pluviographic records and those determined from pluviometric data. Maximum annual rainfall intensity values were obtained from the disaggregation of maximum daily rainfall and rainfall records in the durations of 5, 10, 15, 20, 30, 60, 120, 360, 720 and 1440 min and for the return periods of 2, 5, 10, 20, 25, 50 and 100 years, in the locality of Pelotas, Rio Grande do Sul state, Brazil (31° 46’ 34’’ S; 52° 21’ 34’’ W, altitude of 13.2 m). By Student’s t-test, it was verified that there is no significant difference between the values of maximum rainfall intensity obtained from pluviographic records and those determined from pluviometric data.

RESUMO Com base em séries históricas, para cada localidade, equações podem caracterizar a relação entre a intensidade, duração e frequência de ocorrência de precipitação pluvial. Objetivou-se apresentar duas equações para a localidade de Pelotas, RS, no período de 1982-2015, uma denominada convencional e outra híbrida, dependendo do modelo probabilístico utilizado. Na metodologia convencional foram ajustados os parâmetros das distribuições de probabilidade Normal, Log-Normal, Gumbel e Gama, pelo método da máxima verossimilhança, para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 25, 50 e 100 anos. Para a equação híbrida, os valores de intensidade máxima foram obtidos utilizando o modelo empírico de Weibull, nos períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 25 anos. Por outro lado, as mesmas distribuições teóricas utilizadas na equação convencional foram aplicadas para os períodos de retorno de 50 e 100 anos. A seleção da distribuição que melhor se ajustou aos dados foi realizada pelo teste Kolmogorov-Smirnov. Para verificar o ganho de informação em utilizar o modelo empírico de Weibull, comparativamente às distribuições teóricas, utilizou-se o teste t para o coeficiente angular. Com base nos resultados não foram verificadas diferenças significativas entre os valores de intensidade máxima obtidos por ambas metodologias, nas durações e períodos de retorno pré-estabelecidos. Assim conclui-se que para a obtenção dos valores de intensidade máxima, nas durações de 5 a 1440 min, nos períodos de retorno de 2 a 100 anos, para o município de Pelotas, RS, pode-se utilizar tanto a equação de chuvas intensas denominada híbrida como a convencional.

ABSTRACT Based on historical series, for each locality, equations can characterize the relationship between intensity, duration and frequency of rainfall occurrence. The objective of this study was to present two equations that can describe the occurrence of intense rainfall in Pelotas, RS state, over the period 1982-2015. The two equations were denominated conventional and hybrid, depending on the probabilistic model used. Following the conventional methodology, the parameters of Normal, Log-Normal, Gumbel and Gamma probability distributions were adjusted by the maximum likelihood method for return periods of 2, 5, 10, 20, 25, 50 and 100 years. The maximum intensity values for the hybrid equation were obtained using the empirical model of Weibull, considering return periods of 2, 5, 10, 20 and 25 years. On the other hand, the same theoretical distributions used in the conventional equation were applied to return periods of 50 and 100 years. The Kolmogorov-Smirnov test was used to select the best fitting distribution for the data. In order to verify the information acquired through the Weibull empirical model in comparison to the theoretical distributions, the t-test was applied to the angular coefficients. Significant differences were not verified between the values of maximum rainfall intensities obtained using the two methodologies, for the pre-established durations and return periods. Thus, considering the maximum rainfall intensities values (durations of 5-1440 min) and return periods of 2-100 years in the municipality of Pelotas, RS, Brazil, both the hybrid and the conventional intense rainfall equations can be used.

RESUMO Nas terras baixas do Rio Grande do Sul, a sistematização é realizada, na maioria das vezes, sem declividade com o objetivo de cultivar arroz. Neste ambiente, são predominantes solos com baixa condutividade hidráulica devido à presença de um horizonte B, praticamente impermeável, perto da superfície. Depois da sistematização, por causa da acomodação do solo são formadas depressões onde se acumula água após a ocorrência de fortes chuvas, causando problemas nas culturas implantadas em sucessão ao arroz, como é o caso da soja. Objetivou-se neste trabalho quantificar áreas e volumes de acumulação de água, em função da declividade da sistematização. Foram estudadas cinco áreas sistematizadas típicas de terras baixas. As áreas originais apresentaram declividades de 0, 0,20, 0,25, 0,28 e 0,40%, sendo que a partir delas foram gerados os novos modelos digitais de elevação com declividades entre 0 e 0,5%. Através dos novos modelos gerados foram mapeadas as depressões com armazenamento superficial de água. A sistematização com declividades maiores que 0,1% são recomendadas para minimizar problemas com armazenamento superficial de água em áreas cultivadas com arroz.

ABSTRACT In the lowlands of Rio Grande do Sul, land leveling is mostly carried out with no slope for the purpose of rice production. In this environment, soils with a low hydraulic conductivity are predominant owing to the presence of a practically impermeable B-horizon near the surface. Land leveling leads to soil accommodation resulting in the formation of depressions where water accumulates after heavy rainfalls, subsequently leading to problems with crops implanted in succession to rice, such as soybeans. The objective of this research was to quantify the areas and volumes of water accumulation in soil as a function of the slope of land leveling. Five typical leveled lowland areas were studied as a part of this research. The original areas presented slopes of 0, 0.20, 0.25, 0.28 and 0.40%, which were used to generate new digital elevation models with slopes between 0 and 0.5%. These newly generated digital models were used to map the depressions with surface water storage. In conclusion, land leveling with slopes higher than 0.1% is recommended to minimize problems with superficial water storage in rice fields.

RESUMO Objetivou-se verificar se há ganho de informação em termos de relações Intensidade- Duração-Frequência (IDF) de ocorrência de chuva, obtidas a partir de N+M anos de dados para sete estações pluviométricas, pertencentes à bacia hidrográfica da lagoa Mirim (bacia do Atlântico Sul). A partir de N anos de chuva diária observada, foram ajustadas as probabilidades de transição da cadeia de Markov homogênea de dois estados, utilizada na simulação da ocorrência de dias secos e chuvosos, bem como a distribuição Gama, para quantificar a chuva, sendo a série de chuva diária composta por N+M anos, e M a série gerada. As séries compostas foram ajustadas à distribuição de Gumbel e utilizadas na desagregação da chuva máxima diária anual para as durações de 10, 20, 30, 40; 50; 60; 120; 360; 720 e 1440 min. Na validação da metodologia da desagregação da chuva diária, foram comparadas as relações IDFs, a partir de registros pluviográficos, com as obtidas a partir de N anos, bem como as obtidas a partir de N+M anos, utilizando o teste “t” do erro relativo médio quadrático. Concluiu-se que houve ganho de informação em termos de relações IDF de ocorrência de chuva, quando são utilizados N anos de dados observados e M anos de dados gerados, mediante a modelagem estocástica, comparativamente às obtidas a partir da série composta de N anos.

ABSTRACT This study aimed to investigate information gain by using rainfall intensity-duration-frequency (IDF) relationships, with data gathered within N+M years from seven rain gauge stations located in the Lagoa Mirim Watershed (South Atlantic basin). After N years of daily rainfall, the transition probabilities of a time homogeneous two-state Markov chain were defined to simulate rainfall occurrence, as well as gamma distribution to measure it; for that, daily rainfall series were composed of N+M years, with M being the generated series. The series were adjusted to Gumbel distribution, being used in annual maximum daily rainfall disaggregation for durations of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 360, 720 and 1440 min. Daily rainfall disaggregation was validated through IDF relationships taken from pluviograph records of N years and from N+M years, using the “t” test of relative mean squared error. We can infer that there was information gain using IDF relationships of rainfall occurrence when using N years of observed data and M years of generated data by stochastic modeling compared to those obtained from a composed series of N years.

O modelo Bartlett-Lewis de Pulso Retangular Modificado (BLPRM) simula a lâmina precipitada em duração horária e sub-horária, e possui seis parâmetros para cada um dos doze meses do ano. Objetivou-se avaliar o comportamento das séries de precipitação na duração de 15 min, obtidas por simulação mediante o uso do modelo BLPRM, nas situações: (a) em que os parâmetros são estimados a partir da combinação de estatísticas, formando cinco diferentes conjuntos; (b) adequabilidade do modelo na geração de chuva. Para o ajuste dos parâmetros, foram utilizados registros pluviográficos do município de Pelotas-RS/Brasil, dos quais foram estimadas as estatísticas - média, variância, covariância, coeficiente de autocorrelação de retardo 1, proporção de dias secos no período considerado. Os resultados mostraram que os parâmetros relacionados ao tempo de início da chuva (λ) e as intensidades máximas (μx) foram os mais estáveis, e o parâmetro mais instável foi ν, relacionado à duração da chuva. O modelo BLPRM representou adequadamente a média, a variância e a proporção de período seco da série de chuva com duração de 15 min, e a dependência temporal das alturas de chuva, representada de coeficiente de autocorrelação de retardo 1, foi a estatística da série simulada com menor adequação, para a duração de 15 min.

The Bartlett-Lewis Rectangular Pulse Modified (BLPRM) model simulates the precipitous slide in the hourly and sub-hourly and has six parameters for each of the twelve months of the year. This study aimed to evaluate the behavior of precipitation series in the duration of 15 min, obtained by simulation using the model BLPRM in situations: (a) where the parameters are estimated from a combination of statistics, creating five different sets; (b) suitability of the model to generate rain. To adjust the parameters were used rain gauge records of Pelotas/RS/Brazil, which statistics were estimated - mean, variance, covariance, autocorrelation coefficient of lag 1, the proportion of dry days in the period considered. The results showed that the parameters related to the time of onset of precipitation (λ) and intensities (μx) were the most stable and the most unstable were ν parameter, related to rain duration. The BLPRM model adequately represented the mean, variance, and proportion of the dry period of the series of precipitation lasting 15 min and, the time dependence of the heights of rain, represented autocorrelation coefficient of the first retardation was statistically less simulated series suitability for the duration of 15 min.

A obtenção da relação intensidade-duração-frequência (IDF) de ocorrência de chuvas pode ser feita mediante registros contínuos de pluviógrafos ou de valores diários de pluviômetros. O objetivo do presente trabalho foi estimar as relações intensidade-duração-frequência de chuva, utilizando a metodologia da desagregação da chuva diária, para estações localizadas na metade sul do Estado do Rio Grande do Sul, comparando-as com as obtidas mediante registros pluviográficos, em locais considerados homogêneos do ponto de vista meteorológico. Os parâmetros da equação IDF foram estimados a partir dos dados de desagregação de chuva diária, utilizando o método de otimização não linear. Para validar as equações, foram utilizados índices de confiança e de eficiência, e o teste "t" de Student, entre os valores de intensidades máximas obtidos a partir da chuva diária desagregada, nas durações de 10; 30; 60 min e 6; 12 e 24 h e aqueles extraídos de equações IDF já existentes. Para todas as estações estudadas e períodos de retorno, os valores do índice de confiança foram considerados "ótimos", ou seja, maiores do que 0,85. Os valores de intensidade máxima de precipitação pluvial obtidos por desagregação da chuva diária apresentam similaridade com os obtidos por relações IDF padrões. A metodologia de desagregação de chuva diária constitui-se em alternativa viável na obtenção das relações IDF.

The intensity, duration, and frequency relationship (IDF) of rainfall occurrence may be done through continuous records of pluviographs or daily pluviometer values . The objective of this study was to estimate the intensity-duration-frequency relationships of precipitation, using the method of daily rainfall disaggregation, at weather stations located to the southern half of the state of Rio Grande do Sul; comparing them with those obtained by rain gauge records, in places considered homogeneous from the meteorological point of view. The IDF equation parameters were estimated from daily rainfall disaggregation data, using the method of nonlinear optimization. To validate the equations confidence indices and efficiency and the "t" Student test, among maximum intensity values obtained from the disaggregated daily rainfall durations of 10; 30; 60 min and 6; 12 and 24 h and those extracted from existing IDF equations. For all studied stations and return periods, the trust index values were regarded as "optimal", i.e., greater than 0.85. The maximal intensity of rainfall obtained by daily rainfall disaggregation have similarity with those obtained by relations IDF standards. Thus, the method constitutes a feasible alternative in obtaining the IDF relationships.