DADOS DE BASE
Os diferentes tipos de dados que são indispensáveis ao adequado funcionamento do modelo, foram recolhidos, tratados e manipulados de modo a constituírem entradas adequadas à calibração, numa primeira fase, e à exploração.
MODELO DIGITAL DE TERRENO
O modelo foi submetido a processos para verificar a incoerência e lacuna de informação em células que tornariam a matriz incongruente. De modo a garantir a coerência na matriz na vizinhança de toda a área de estudo foi tratada uma área consideravelmente superior.
Para esta área, foi calculada a matriz de escoamento e a matriz das linhas de máxima acumulação, o que permitiu determinar o traçado das linhas de água na área de estudo. Com base nos elementos descritos anteriormente, foram delimitadas as bacias hidrográficas que posteriormente foram sujeitas a uma análise de sensibilidade pelos especialistas envolvidos nos estudos.
DADOS CLIMÁTICOS
Precipitação
Na fase inicial foram identificadas 79 estações udométricas na área em estudo, número que aumentou para 96 durante a inventariação e recolha de dados. O inventário dos dados foi feito a partir do ano hidrológico de 1950/1951 até ao ano hidrológico de 2011/2012, verificando-se que apenas 64 estações possuem pelo menos um ano hidrológico completo, com a maioria dos dados a registarem-se de 1950 a 1980. Actualmente, existem apenas 23 estações em operação, mas com muitas falhas de dados.
Os dados das estações udométricas foram tratados mediante a análise exploratória dos registos de precipitação, procedendo-se ao cálculo de estatísticas descritivas. A espacialização da informação na área de estudo foi efectuada através do método de interpolação kriging.
A precipitação na área de estudo cresce do interior para o litoral, variando de aproximadamente 500 mm até 1600 mm por ano como se pode observar na Figura seguinte.
Em alternativa aos dados da rede udométrica terrena, cujas deficiências inviabilizam a sua utilização, os dados de precipitação foram obtidos via sensoriamento remoto. O modelo VIC tem sido aplicado em diversas partes do mundo usando como dados de entrada informação climatológica obtida sensoriamento remoto.
A qualidade dos dados gerados por esta via de observação indirecta tem sido objecto de escrutínio contínuo dos meteorologistas de todo o mundo com o objectivo de melhorar a sua fiabilidade. No caso da bacia do Zambeze o estudo mais recente sobre a fiabilidade de dados obtidos via satélite é apresentado por Cohen Leichti et al. (2012).
Neste estudo e como sugerido em Cohen e Leichti et al. (2012) serão utilizados os dados tri-horários do TRMM com uma resolução espacial de 0.25 graus.
A distribuição da precipitação média anual (mm) obtida a partir de satélite (PCP, período 2005 a 2012) pode ser visualizada na Figura seguinte.
Temperatura do Ar e Velocidade Média do Vento
Para além da precipitação, o modelo VIC necessita de outras variáveis climáticas que impulsionam o modelo, como temperatura do ar (máxima e mínima) e velocidade do vento, todas com passo de tempo diário e resolução espacial igual à utilizada no modelo. O inventário de dados registados na rede climatológica e meteorológica foi obtido no Instituto Nacional de Meteorologia de Moçambique (INAM – Moçambique). Da lista das estações meteorológicas sob tutela do INAM foram seleccionadas 50 estações.
Tal como acontece com a rede udométrica, actualmente a grande maioria das estações climatológicas não está operacional, verificando-se ainda um elevado número de falhas que restringem fortemente a sua utilização. Para contornar as deficiências relacionadas com a disponibilidade de dados para o modelo foi adoptada a mesma estratégia seguida para os dados de precipitação. Assim, os dados diários da temperatura máxima e mínima do ar assim como da velocidade média do vento a partir da base de dados ERA Interim do European Centre for Medium Range Weather Forecast (ECMRF), numa resolução de 0,75 graus.
A temperatura máxima e mínima do ar e a velocidade média do vento constitui parte do conjunto mínimo de dados meteorológicos necessários para correr o modelo. Nas Figuras seguintes apresentam-se os valores da média anual da temperatura mínima (ºC) e máxima (ºC) do ar e da velocidade do vento (m s-1), obtidas a partir de satélite (ERA Interim, período 2005 a 2012).
MÉDIA ANUAL DA TEMPERATURA MÍNIMA (ºC) |
MÉDIA ANUAL DA TEMPERATURA MÁXIMA (ºC) |
MÉDIA ANUAL DA VELOCIDADE DO VENTO (m.s-1) |
SOLOS
O solo constitui uma das principais componentes do modelo VIC. O modelo possibilita a utilização de diversas camadas de solo, mas normalmente utilizam-se apenas 3 camadas (Liang e Lettenmaier,1994, Nijssen et al., 1997). A espessura das camadas pode variar de célula para célula, com excepção da camada superficial que normalmente se adopta como tendo 5 a 10 cm de espessura.
Para a preparação do ficheiro dos parâmetros dos solos, foram desenvolvidas as seguintes actividades:
1. Inventariação dos estudos de reconhecimento de solos;
2.
Identificação e distribuição das Unidades-solo;
3. Compilação de
dados morfológicos e analíticos de perfis típicos de Unidades-solo;
4. Determinação dos
parâmetros médios, por Unidade-solo, a
utilizar na modelação VIC.
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COBERTO VEGETAL E USO DA TERRA
No âmbito do estudo da componente do uso e cobertura do solo, a ser integrado na modelação, várias fontes de informação foram usadas, nomeadamente:
O mapa de vegetação do inventário florestal nacional será usado na modelação com o modelo VIC.
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Nos Quadros seguintes apresentam-se os valores da distribuição, em área e percentagem, das classes de uso e cobertura na área de estudo e das classes de uso nos distritos respetivamente.
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CAUDAIS
A existência de dados de caudal em quantidade e qualidade é essencial para se realizar uma adequada calibração de um modelo hidrológico, pois é com base nos dados de caudais que se ajustam os parâmetros do modelo de modo a gerar caudais semelhantes aos caudais registados num determinado período de tempo.
No âmbito do processo de aplicação do modelo VIC, foi feita durante a Fase Inicial o inventário das estações hidrométricas existentes e uma recolha dos vários dados associados às estações hidrométricas. A calibração do modelo VIC será realizada fundamentalmente para a margem esquerda do Zambeze, utilizando as estações existentes no Rio Lualua: E101 - Derre, E480 - Campo e E480 - EN1; reinstalando uma nova estação no rio Lungozi, perto de Mopeia, a ser localizada no local da antiga estação E442 – Mopeia; e a estação E291 - Caia no Rio Zambeze.
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A calibração do modelo VIC na área em estudo necessita de ter caudais para o período de calibração. Por sua vez os caudais numa estação hidrométrica são calculados através da aplicação de equações que definem, o que usualmente se designa por curva de vazão. Esta curva serve para calcular os caudais numa determinada estação hidrométrica a partir das alturas hidrométricas observadas. Para calcular as curvas de vazão é necessário realizar medições de caudal nos locais onde se localizam as estações hidrométricas e no caso deste estudo foram seleccionadas as estações hidrométricas E101 - Derre, E480 – EN1, E442 – Mopeia e E291 – Caia.
A Figura seguinte apresenta o traçado das curvas de vazão e as medições de caudais antigas e recentes na célula E101 - Derre. Foram eliminadas a medições realizadas a partir de 28 Agosto de 1975 por contradições com os resultados anteriores, o que faz prever a existência de erros nas medições, talvez devido à má calibração dos micromolinetes usados. As curvas A, G e H foram igualmente eliminadas da Figura, por se afastarem radicalmente das restantes curvas de vazão sem justificação aparente.
No caso especifico da estação E291 - Caia, com base nas alturas hidrométricas registadas (entre 2006 e 2012), geradas e da curva de vazão adoptada foram calculados os caudais médios diários que se ilustram seguidamente e que serviram de base à calibração do modelo VIC.