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 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.

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.

Evidências científicas sobre mudanças climáticas em nível mundial vêm despertando interesses crescentes na comunidade científica. Os impactos causados pelas alterações climáticas e ações antropogênicas podem ocasionar erros nos projetos hidroagrícolas na bacia hidrográfica em estudo. O presente trabalho foi conduzido com o objetivo de identificar a presença ou a ausência de tendência nas séries de precipitação total anual da bacia hidrográfica da lagoa Mirim- RS/Brasil/Uruguai (lado brasileiro), bem como detectar o período em que estas ocorreram. Para tanto, foram analisados os dados de precipitação pertencentes a 14 estações climatológicas. Para detectar a existência de tendência monotônica e de pontos de mudança, foram utilizados os testes não paramétricos de Mann-Kendall e Mann-Whitney, o teste "t" de Student para duas amostras de dados não pareados (paramétricos), bem como a técnica da média progressiva. A estação 3152014 (Pelotas) apresentou alteração na tendência, na série de precipitação, no período de 1953 a 2007. As metodologias que utilizam séries subdivididas foram mais eficientes na detecção de alteração de tendência, comparativamente ao teste de Mann-Kendall, que utiliza a série completa (1921 a 2007).

Scientific evidence on climate changes at global level has gained increasing interest in the scientific community in general. The impacts of climate change as well as anthropogenic actions may cause errors in hydro-agricultural projects existent in the watershed under study. This study aimed to identify the presence or absence of trend in total annual precipitation series of the watershed of the Mirim Lagoon, state of Rio Grande do Sul-RS / Brazil / Uruguay (Brazilian side) as well as to detect the period in which they occurred. For that, it was analyzed the precipitation data belonging to 14 weather stations. To detect the existence of monotonic trend and change points, it was used the nonparametric tests of Mann-Kendall and Mann-Whitney, the "t" test of Student for two samples of unpaired data (parametric), as well as the technique of progressive mean. The Weather Station 3152014 (Pelotas) presented changes in the trend in the series of annual precipitation in the period from 1953 to 2007. The methodologies that use subdivided series were more efficient in detecting change in trend when compared with the Mann-Kendall test, which uses the complete series (from 1921 to 2007).

A relação intensidade-duração-frequência de ocorrência (IDF) é uma ferramenta utilizada nos processos de transformação chuva-vazão, e sua determinação deve ser obtida a partir de observações de chuvas intensas, durante um período de tempo longo e representativo dos eventos extremos do local. O presente trabalho teve como objetivo verificar a existência ou não de ganho de informação, em termos de relação IDF, ao serem utilizadas séries de duração parcial, a partir dos dados de chuva máxima diária desagregada, em durações preestabelecidas. Quanto à série de duração parcial, foi utilizado o valor-base preestabelecido de 55 mm, constituindo então 279 valores. Posteriormente à constituição das séries de chuva, foi avaliada a independência e a estacionaridade dos valores contidos nas mesmas. Pela metodologia do teste "t" de Student, constatou-se que não há ganho de informação em termos de relação IDF quando utilizada a série de duração parcial, com o valor-base preestabelecido de precipitação, comparativamente à série de registros históricos.

The intensity-duration-frequency occurrence ratio (IDF) is a tool commonly used for precipitation-runoff data transformation, which is established from observations of intense precipitations over a period sufficiently long as to allow the occurrence of extremes at the observation site. This study focused on verifying the existence or absence of new data, in terms of IDF ratio, by using partial duration records produced from data on maximum daily disaggregated rainfall for pre determined durations. The partial duration records considered a base value of 55 mm, totaling 279 values. After the rainfall series were established, their independence and seasonality were assessed. Using the Student's t-test statistics, it was established that no new data, as IDF ratio, emerged from the analysis of the partial duration series with the recommended base value of precipitation, as compared to the historical records.

Os dados de precipitação diária obtidos de pluviômetros, são mais facilmente encontrados que os pluviográficos, constituindo uma limitação uma vez que, em aplicações hidrológicas, como a transformação chuva-vazão, necessita-se de dados de precipitação de curtas durações. A solução desse problema vem sendo buscada ao longo do tempo através do desenvolvimento de modelos de desagregação de precipitação diária. O objetivo do trabalho é comparar os hidrogramas de projeto resultantes dos hietogramas estimados pelas relações Intensidade-Duração-Frequência (IDF), obtidos por dados pluviométricos e pluviográficos, para a localidade de Pelotas, RS. Para a desagregação da precipitação diária utilizou-se o Método das Relações, enquanto para a lâmina escoada e sua propagação em uma área de 7 km², a metodologia proposta foi a SCS (1972). Os resultados obtidos permitiram concluir que os valores de vazão de pico apresentaram uma diferença de 12,6, -4,4, 21,8, 38,7, 54,3 e 58,2%, para os períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos, respectivamente, quando se utiliza a relação IDF gerada pelo método da desagregação de precipitação diária em relação à equação analítica.

Data of daily precipitation recorded by pluviometers are more easily found than those from pluviographic data. This often constitutes a limitation for hydrological applications such as the rainfall-runoff transformation, which needs to feed on short duration precipitation data. To overcome this constraint, the development of disaggregation models for daily precipitation has been sought for a long time. The aim of this study was to compare different runoff hydrograms resulting from hyetogram estimates from Intensity-Duration-Frequency (IDF) relationship between pluviometric and pluviographic data for the location of Pelotas, RS-Brazil. The relationship method was used to calculate daily precipitation disaggregation, while the runoff depth and its propagation were over a 7 km² area and were determined through the methodology proposed by SCS (1972). The findings lead to the conclusion that the peak runoff values showed a difference of 12.6, -4.4, 21.8, 38.7, 54.3 and 58.2%, for return periods of 2, 5, 10, 20, 50 and 100 years, respectively, when calculated through the IDF ratio, as compared to the analytical equation.

Nos projetos agrícolas de obras hidráulicas, onde não se dispõe de dados observados de vazão, é necessário explorar ao máximo as informações relativas às curvas Intensidade-Duração-Freqüência (IDF). Diante disso, é preciso obter maneira de desenvolver metodologias de estimativas de curvas IDF, em locais que possuam pouco ou nenhum dado pluviográfico. O objetivo do trabalho foi comparar as metodologias de desagregação de precipitações diárias para verificar o ganho de informação em termos de curvas IDF, comparadas àquela obtida a partir de dados observados (histórica). Os métodos utilizados foram: (a) Método das Relações (CETESB, 1979); (b) BELTRAME et al. (1991); (c) ROBAINA & PEITER (1992); (d) Modelo Bartlett-Lewis do Pulso Retangular Modificado (DAMÉ, 2001). Utilizou-se de série de dados de precipitação diária de Pelotas - RS, referente ao período de 1982-1998. Para estimar as curvas IDF, a partir dos registros históricos, foram estabelecidas as durações de 15; 30; 60; 360; 720 e 1.440 minutos, e os períodos de retorno de 2; 5 e 10 anos. Os valores de intensidades máximas foram comparados entre si, pelo teste "t" de Student, para os coeficientes linear e angular, e pelo Erro Relativo Médio Quadrático. O método que melhor representou as intensidades máximas de precipitação, nos períodos de retorno de 2 e 10 anos, foi o Método das Relações (CETESB, 1979).

Agricultural projects which deal with hydraulic projects and do not possess observed data on outflow need to explore at the most, information about the Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves. Thus, it is necessary to create ways to develop methodologies that estimate IDF curves for locations that have little or no pluviometric data. The aim of this work was to compare disaggregation methodologies for daily precipitation, to verify the increase in quality information considering the IDF curves, as compared to those originated from observed data (historical records). Four methods were tested: (a) Method of Relations (CETESB, 1979); (b) one proposed by BELTRAME et al. (1991); (c) one proposed by ROBAINA & PEITER (1992), and (c) the Bartlett-Lewis Model of Modified Rectangular Pulse (DAMÉ, 2001). A data set for daily precipitation in Pelotas-RS for the period of 1982-1998 was used, and to estimate IDF curves through historical records six time periods were established: 15; 30; 60; 360; 720 and 1,440 minutes, together with return periods of 2; 5 and 10 years. Values for maximum intensities were compared through the Student "t" test for the linear and angular coefficients, and through the relative mean square error. The method that best simulated maximum precipitation intensity for the return periods of 2 and 10 years was the Method of Relations (CETESB, 1979).