Hydrological Behavior of the Mountainous Region of Rio de Janeiro: Piabanha Watershed

Abstract

The mountainous region of Rio de Janeiro has a history of natural disasters. The aim of this study was to understand the hydrology of this region. A dataset (up to 70 years) from four rainfall gauges and three stream gauges in Piabanha watershed (2065 km 2 ) was used for this purpose. Mean annual rainfall ranged from 2900 mm (at the headwaters) to 1250 mm in the central area of the watershed. The results showed good correlation between rainfall and stream gauges data. There is a seasonal pattern of dry winters (average month rainfall ranging from 15 to 90 mm) and 20 m 3 /s mean monthly discharge at the watershed outlet and a rainy summer (average month rainfall ranging from 150 to 450 mm) and 80 m 3 /s mean monthly discharge at the watershed outlet. The historical rainfall and discharge dataset showed a cyclicity of about 15 years bounded by the driest years. The most catastrophic events that occurred in the mountainous region of Rio de Janeiro were during the years around the top of the rainfall and discharge cycles. According to the historical trend the last cycle began at 1999 and the present moment (2015)(2016) matches the end of a drier period. However during this last cycle rainfall and discharge trends are not very clear. Together with an increase of great magnitude natural disasters frequency in recent years this may be a sign of an anthropogenic effect. Keywords: rainfall; streamflow; cycle; historical dataset; natural disasters ResumoA região serrana do Rio de Janeiro apresenta um histórico de desastres naturais. Com o objetivo de entender o comportamento hidrológico da região foram analisados dados de chuva (4 estações) e de vazão (3 estações) na bacia do rio Piabanha (2065 km 2 ) com séries históricas de até 70 anos. O total anual médio de pluviosidade variou de 2900 mm (na cabeceira) a 1250 mm na região central da bacia. Os resultados demonstraram boa correlação entre as estações e a existência de sazonalidade com inverno seco (valores médios mensais entre 15 e 90 mm de chuva) e vazão média na foz de 16 m 3 /s e verão chuvoso (valores médios mensais entre 150 e 450 mm de chuva) e vazão média na foz de 80 m 3 /s. As séries históricas de chuva e vazão apresentaram uma ciclicidade, de aproximadamente 15 anos, marcada por anos mais secos. Os dados apontam que os registros existentes de eventos catastróficos regionais foram em anos próximos aos ápices dos ciclos de pluviosidade e vazão propostos. O último ciclo identificado iniciou-se em 1999 e o período atual (2015)(2016) representa o fim deste ciclo, representado pela fase mais seca. Entretanto, neste último ciclo o comportamento da chuva e, principalmente, da vazão é muito variável. Isto, em conjunto com o aumento recente da frequência de desastres naturais de grande magnitude, pode ser um indicativo de efeito antrópico.