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Desafios Ambientais e de Sustentabilidade em Engenharia
Sustentabilidade do uso da água.Impactos das alterações climáticas na
Rodrigo Proença de Oliveira
Impactos das alterações climáticas naprática de engenharia
O caso da gestão da água
Recursos hídricos versus população
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 2
Captação de água
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 3
Captação por utilização e origem
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 4
Agricultura
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 5
Variabilidade do escoamento(Desvio do Esc_p10% versus Esc_med)
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/106
Stress hídrico em 2007
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 7
Escassez de água: física e económica
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 8
Abastecimento de água
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 9
Saneamento
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 10
Perdas por fenómenos de cheia (% do GDP)
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 11
Desafios futuros
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 12
Explosão demográfica
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 13
Aumento do rendimentoTaxa anual de aumento do GDP per capita (1990-2007)
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 14
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 15
Transferências de água virtual
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 16
Evolução das necessidades de água no Mediterrâneo
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 17
Migração
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 18
Alterações climáticas
Variação do escoamento anual 2100 (%)
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 19
Necessidades de produção de energia
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 20
Biocombustíveis
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 21
Necessidades de água para abastecer a população
mundial com uma dieta de 3000 kcal/pc/dia
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 22
Algumas pistas para
ultrapassar este desafioultrapassar este desafio
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 23
Recursos hídricos disponíveis
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 24
Reutilização de água
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 25
Importância de origens não convencionais
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 26
Cenários de Alterações
Climáticas para PortugalClimáticas para Portugal
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 27
Cenários climáticos 2070-2099 Norte
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Fonte: SIAM
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Cenários climáticos 2070-2099 Centro
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Fonte: SIAM
29
Cenários climáticos 2070-2099 Sul
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Fonte: SIAM
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Impactos nos recursos hídricos
Estimulo climático
Gases com efeito de estufa
Saúde
Concentração de GEE
Temperaturado ar
Nível médio
Emissões de GEE
Biodiversidade
Energia
Industria
Turismo
Zonas Costeiras
Agricultura
Saúde
Energia Florestas
Biodiversidade
Pescas
Turismo
Recursos hídricos
Outros sectores
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
PrecipitaçãoNível médio do mar
Necessidades de água
Quantidade de água
Balanço hídrico
Fenómenos extremos
Cheias e Secas
Qualidade da água
Agricultura
Sócio-economia
Disponibilidades de água
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Impactos das alterações climáticas nos
recursos hídricos portugueses
Impacto Cenário Causa
• Disponibilidades da água
• Redução da disponibilidade de água:
• superficial (escoamento);
• subterrânea (recarga);
• Aumento do risco de seca;
• Diminuição dos valores anuais de precipitação;• Aumento da variabilidade da precipitação;• Aumento da assimetria regional de precipitação; • Aumento da assimetria sazonal de precipitação;
• Necessidades da água • Possível aumento das necessidades de água para rega;
• Aumento da evapotranspiração;• Reforço da capacidade hidroelectrica;• Aposta em biocombustíveis;• Aumento das necessidades de
água para produção de energia;• Aposta em biocombustíveis;
• Risco de cheias • Aumento do risco, intensidade e frequência das cheias;
• Aumento da variabilidade do regime de precipitação;• Aumento dos valores máximos da precipitação(Norte);
• Qualidade das águas superficiais
• Diminuição da qualidade da água
• Degradação da saúde dos ecossistemas fluviais
• Diminuição do escoamento;• Aumento da temperatura da água;• Aumento das cargas poluentes difusas.
• Qualidade das águas subterrâneas
• Salinização dos aquíferos • Subida do nível médio do mar;• Aumento da evapotranspiração;•Diminuição da recarga;
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 32
Ciclo urbano da água: Serviços da agua
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 33
Impactos no abastecimento de água
• Disponibilidade de água:
– Diminuição de volumes anuais de escoamento e recarga;
– Aumento da sazonalidade do escoamento;
– Incremento da situações de conflicto com outros usos da água.
– Degradação da qualidade da água superficial e subterrânea ;
• Sistema de tratamento:
– Redução da eficácia, nomeadamente da fase de desinfecçãomicrobiológica;
• Riscos associados à infra-estruturas:
– Aumento do risco de inundação costeira ou fluvial das infra-estruturas;
– Alteração das condições de operação das infra-estruturas de captação, nomeadamente decorrentes da alteração do regime de variaçãohidrométrica e piezométrica.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 34
Impactos na drenagem e tratamento de águas
residuais
• Drenagem de sistemas pluviais ou unitários:
– Incremento das necessidades de drenagem de situações de pluviosidadeintensa;
– Alteração das condições de descarga dos sistemas costeiros que descarregamno mar;
– Diminuição da eficácia da auto-limpeza em resultado do aumento da duraçãodos períodos secos ou de caudal reduzido;dos períodos secos ou de caudal reduzido;
• Sistemas de tratamento:
– Aumento das necessidades de tratamento em curtos periodos tempo;
• Aumento da variabilidade da concentração de contaminantes; Descarga no meioreceptor
– Aumento do risco de descargas não controladas;
– Incremento das restrições e/ou critérios de rejeição no meio hídrico;
• Riscos associados à infra-estruturas:
– Aumento do risco de inundação costeira ou fluvial das infra-estruturas.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 35
Resposta às alterações climáticas
ADAPTAÇÃO
MITIGAÇÃOEmissões de gases com efeito de estufa
Concentração de gases com efeito de estufa
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Estimulo climático
Exposição
Sensibilidade
Capacidade de adaptação
Vulnerabilidade
ADAPTAÇÃO
Adaptação:
• Autónoma vs planeada;
• Local, regional ou nacional;
• Individual, organização, Estado.
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Mitigação
• Think global! Act local!• Reduzir as emissões
– Reduzir as emissões dos transportes;– Reduzir de perdas energéticas nos edifícios;– Promover a utilização de fontes de energia – Promover a utilização de fontes de energia renovável;
– Valorizar os resíduos ou os dejectos animais como fonte de energia; redução de emissões.
• Promover o sequestro de carbono.
• PNAC: Plano Nacional para as Alterações ClimáticasIST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 37
Emissões excedem pior cenário
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 38
Estratégias de adaptação
Estratégia Explicação Exemplo
Suportar custos Não fazer nada Viver com o aumento do
risco de cheia
Reduzir a exposição Mudar de localização
Deslocar a actividade
Mover frota pesqueira
para o Norte
Reduzir a exposição Evitar danos, adoptando
medidas de redução da
Construir infra-estruturas
de protecção
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
medidas de redução da
vulnerabilidade
de protecção
Reduzir a exposição Suspender actividade não
sustentáveis na nova
realidade climática
Promover turismo de
meia-estação num local
de turismo de praia
Promover capacidade
de adaptação
Distribuir os custos por
diferentes áreas ou grupos
populacionais
Seguros de cheias ou de
culturas
Promover capacidade
de adaptação
Aumentar a resiliência dos
sistemas
Reduzir stresses de
origem não climática
39
Exemplos de adaptação
• Redução da exposição:– A redução das necessidades de água para valores mais baixos da curva
de distribuição da disponilidade;
– A deslocalização de pessoas e bens de zonas com risco de inundação significativos;
– A construção de infra-estruturas de protecção de zonas em risco.
– A deslocalização ou suspensão de actividades não sustentáveis na nova – A deslocalização ou suspensão de actividades não sustentáveis na nova realidade climática.
• Promoção da capacidade de adaptação:– A generalização de seguros para compensação de danos devidos ao
aumento da variabilidade climática (e.g. seguros de colheitas ou seguros de danos de cheias);
– A redução de pressões de origem não climática sobre os ecossistemas aquáticos, proporcionando um buffer adicional para pressões resultantes das alterações climáticas;
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 40
Possíveis medidas de adaptação
Reduzir a procura de águaMedidas
Techn. Econ. Leg. I&Com
Redução de perdas nos sistemas de adução e de distribuição;
Redução do consumo de água;
Reutilização da água e compatibilização do uso da água com a sua qualidade;
Compatilização geográfica da procura da água com a oferta da água.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 41
Assegurar abastecimento de águaMedidas
Techn. Econ. Leg. I&Com
Melhor aproveitamento da capacidade de regularização e de adução instalada;
Melhor aproveitamento dos recursos hídricos subterrâneos;
Promoção a recarga de aquíferos, incluindo através de recarga artificial;
Protecção das massas de água para redução da sua contaminação;
Aumento da capacidade de armazenamento e de regularização de escoamento;
Transferência de água entre bacias ou sub-bacias;
Dessalinação da água do mar ou de águas salobras;
Possíveis medidas de adaptação
Protecção contra cheirasMeasures
Techn. Econ. Leg. II&Com
Deslocação de bens e pessoas das zonas com elevado risco de cheia
Melhoria dos sistema de vigilância e alerta
Reforços das infra-estruturas de defesa
Incremento do volume de encaixe para atenuação de cheias
Promoção da qualidade da água e ecossistemas
Measures
Tecn. Econ. Leg. II&Com
Reduzir stress de origem não climática, nomeadamente decorrente da descargasde poluentes
Controlo da erosão e da poluição difusa
Redução das captações superficiais para manutenção de um regime escoamentoadequado
Assgurar conectividade entre massas de água
42IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Desafio da adaptação
• Dificuldades:
• Incerteza associada aos
cenários climáticos,
sobretudo no que se refere
a eventos raros e extremos;
• Valorização monetária dos
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
• Valorização monetária dos
custos dos impactos;
• Avaliação dos custos
indirectos;
• Consideração dos impactos
irreversíveis;
• Uso de taxas de desconto
para horizontes de projecto
muito longos.
43
Impactos das medidas de adaptação à
subida do nível médio do mar
Cenário SRES A2
Fonte: EC JRC PesetaIST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 44
Desafios da adaptação
• Avaliação dos custos de inacção versus de adaptação;• Calendarização da estratégia de adaptação
RiscoNão
adaptar
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
TempoDecisão
adaptar
Adaptação progressiva
Adaptação por precaução
Nível de risco
aceitável
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Princípios da adaptação
• Antecipar:– Planear com os dados disponíveis;– Actuar com níveis de incerteza significativos;
• Adoptar uma metodologia clara e uma visão estratégica:– Pensar a longo prazo;– Abordar todos os aspectos das alterações climáticas;– Identificar prioridades;– Identificar prioridades;
• Envolver todos os interessados;– Distribuir responsabilidade e monitorizar resultados;
• Utilizar a melhor informação possível:– Rever regularmente o plano de adaptação;
• Ser flexível:– Diminuir a vulnerabilidade e promover a resiliência;– Promover capacidade de análise e de decisão;– Evitar decisões que restrinjam opções futuras.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 46
Holanda: Room for the river: Constatação
• O território protegido pelos diques é cada vez mais urbanizado e por infra-estruturas e vez mais urbanizado e por infra-estruturas e serviços de valor crescente;
• Durante as cheias de 1993 e 1995, o Reno foi contido no seu leito, mas …;
• Em caso de rotura dos diques, as consequências seriam catastróficas;
• O actual modelo de ocupação do território não é viável;
• Aumentar e reforçar os diques não é solução; É preciso quebrar a tendência.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 47
Room for the river: O risco é insustentável
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 48
Room for the river: Solução
• Dar espaço ao rio Reno;
• Objectivos:– Reduzir o risco de cheias;– Melhorar a qualidade da água.
• Metas:– Até 2015: Assegurar uma capacidade de escoamento de 16’000 m3/s;
– Até 2020: Reduzir os níveis máximos de cheia em 70 cm.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 49
Room for the river: Medidas
• Medidas
– Remoção de obstáculos;
– Rebaixar o leito de cheia;
– Afastamento de diques;
– Alargamento do leito de tempo seco;
– Melhoria do dique (casos pontuais);– Melhoria do dique (casos pontuais);
– Rebaixamento do canal;
– Remoção dos polders.
• Custo:
– 2.1 biliões de euros;
• Estão previstas medidas adicionais para as próximas décadas que proporcionão mais espaço ao rio.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 50
Room for the river: Medidas
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 51
Room for the river: Plano base: 2015
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 52
Hydrometropole
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Fonte: Pavel Kabat, Wageningen Univ.
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Hydrometropole
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Fonte: Pavel Kabat, Wageningen Univ.
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UK: DEFRA: Project Appraisal Guidance
• Orientações que são revistas periodicamente: 2003, 2004 e Out.2006
• Os valores apresentados são diferenciados:– Allowances: associados a um
grau de incerteza baixo (e.g subida do nível médio do
DEFRA: Project appraisal guidance: procedural guidance for operating authorities (Out. 2006)
subida do nível médio do mar);
– Indicative sensitive ranges:
associados a um grau de incerteza elevado (e.g. precipitação máxima, caudal máximo,altura da onda)
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 55
Swedish design floods guidelines
• The Swedish design flood guidelines: a edição de 1990 foi revista em 2007;
• 4 cenários (2070-2100):– Regime de precipitação;– Regime de queda de neve e degelo;
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10
Model Change in
max. Precip.
Change in
seq. volume
RCAO-H/A2 +19% +3%
RCAO-H/B2 +4% +5%
RCAO-E/A2 +26% +35%
RCAO-E/B2 +17% +35%
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Australia
• Possiveis impactos:– Aumento do consumo de energia;– Deterioração mais rápida de infra-
estruturas (e.g. pavimentos);– Maior frequência de falhas de
operacionalidade de infra-estruturas;estruturas;
– Maior risco de fogos;– Maior risco de erosão costeiras;– …..
• Acções:– Para cada tipo de impacto são
apresentadas possiveis medidas de adaptação e indicações de como avaliar os seus custos.
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 57
Australia: infra-estruturas e planeamento
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 58
Australia: Risco de erosão costeira
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 59
Australia: Risco de incendios
• Aumento em 0,5 m das zonas livres (sem vegetação) ao longo das estradas;
• Selecção de espécies de árvores com menor risco de incêndio para as zonas urbanas;
• Melhoria da infra-estrutura de disponibilização de água para combate a incêndios;
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 60
Actividade neste domínio
IST / DASE: @Rodrigo Proença de Oliveira 2009/10 61
Clima
Água
EnergiaAlimentos
Just because something doesn't do what you planned it to do
doesn't mean it's useless.
Thomas A. Edison
In preparing for battle I have always foundÁgua In preparing for battle I have always foundthat plans are useless,
but planning is indispensable.
Dwight D. Eisenhower