Intensity-Duration-Frequency equations (IDF) for the state of Paraíba, Brazil, and regionalization of its parameters Translated title: Equações de intensidade-duração-frequência (IDF) para o Estado da Paraíba, Brasil, e regionalização de seus parâmetros

Abstract

ABSTRACT In the design of major hydraulic structures, a key element is the design discharge, determined from the time series of flow or through runoff models such as the rational method, which relates the peak surface flow with a rainstorm. The design storm is generally established from the Intensity-Duration-Frequency (IDF) relationships via recording gauges data. In the absence/scarcity of these data, daily data from the rain gauge network can be used via the disaggregation process. Thus, the objective of this study is to develop the IDFs for the state of Paraíba, Brazil, where there is an extensive network of rain gauges (263 stations). For this purpose, daily precipitation data were disaggregated for various durations between 5 min and 24 hours and the best fit distribution was chosen among the Gumbel, Weibull, Pearson, Log-Pearson and Generalized Extreme Values (GEV) distributions for the time series of these durations. From the fitted distribution, rainfall for various durations and frequencies were obtained to generate the IDF curves for each location. No single satisfactory distribution was identified for all cases, with Pearson III and Log-Pearson III being the most common. For the IDF curves, the four-parameter equation was fitted and the parameter values were determined by non-linear regression. These varied a lot within the Paraíba state and were regionalized to obtain the IDF equation for any location in the state. The rainfall intensities obtained from the parameters determined in this study, when compared with those derived from the previously existing equations, show large differences and need updating.

Translated abstract

RESUMO Na elaboração de projetos de obras hidráulicas um elemento chave é a vazão de projeto, obtida a partir da série histórica de vazões ou através de modelos como o método racional, que relaciona a vazão máxima com uma chuva de projeto. Esta é geralmente obtida através das relações de Intensidade-Duração-Frequência (IDF) via dados de pluviógrafos. Na escassez destes, os dados diários da rede de pluviômetros podem ser utilizados via processo de desagregação. O objetivo deste estudo é desenvolver as IDFs para o Estado da Paraíba onde existe uma extensa rede de pluviômetros (263 postos). Dados diários de precipitação foram desagregados para várias durações entre 5 min a 24 horas e foi escolhida a melhor distribuição de ajuste dentre as distribuições de Gumbel, Weibull, Pearson, Log-Pearson e Valores Extremos Generalizados (VEG), para as series destas durações. A partir da distribuição ajustada, as precipitações para diversas durações e frequências foram obtidas para gerar as curvas de IDF para cada local. Não foi identificada uma única distribuição satisfatória para todos os casos, sendo a Pearson III e Log-Pearson III as mais comuns. Para as curvas de IDF foi ajustada a equação de quatro parâmetros e os valores dos parâmetros foram determinados por regressão não linear. Estes variaram muito dentro do Estado e foram regionalizados para obter a equação de IDF para qualquer local no Estado. As intensidades de chuva obtidas a partir dos parâmetros determinados neste estudo, quando comparadas com as obtidas das equações previamente existentes, mostram grandes diferenças indicando a necessidade da atualização.