Introdução à gestão ambiental e Introdução à gestão ambiental e aos modelos hidrológicosaos modelos hidrológicos

Carlos Ruberto Fragoso Júnior

Desenvolvimento SustentávelDesenvolvimento Sustentável

Suprir a geração atual sem comprometer a futura

Depende de ações sustentáveis através de um planejamento integrado;

Sugere mecanismos de gestão que visem minimizar o uso e degradação dos recursos naturais sem comprometer o desenvolvimento.

Ecossistemas AquáticosEcossistemas Aquáticos

• Importância sócio-econômica-ambiental

• Grande diversidade e produtividade biológica

• Fragilidade às agressões antrópicas, promovendo profundas modificações...

Distúrbios nos ecossistemasDistúrbios nos ecossistemas

Diversos registros nos últimos 200 anos (a maioria relacionado a eutrofização)!!!

Alterações nos fatores condicionantes afetam o estado atual de um sistema;

Distúrbios nos ecossistemasDistúrbios nos ecossistemas

Distúrbios nos ecossistemasDistúrbios nos ecossistemas

Distúrbios nos ecossistemasDistúrbios nos ecossistemas

Mudanças catastróficas!!!Mudanças catastróficas!!!

Oscilação entre estados

alternativos estáveis:

Estados AlternativosEstados Alternativos

Outros fatores condicionantesOutros fatores condicionantes

• Biomanipulação (biológica)

• Pesca (social)

• Pisciculturas (social)

• Mudanças climáticas (climatológica)

• Barragens (física)

• ....

Importante!!!Importante!!!

Toda interferência externa deve ser cuidadosamente investigada no intuito de prevenir mudanças indesejáveis dos padrões naturais do regime hidrológico (quantidade e qualidade da água).

Gestão AmbientalGestão Ambiental

A gestão ambiental é uma prática muito recente, que vem ganhando espaço nas instituições públicas e privadas. Através dela é possível a mobilização das organizações para se adequar à promoção de um meio ambiente ecologicamente equilibrado.

Gestão AmbientalGestão Ambiental

Gestão AmbientalGestão Ambiental

Os princípios e objetivos desta política seriam:

1. Identificação e avaliação dos problemas ambientais;

2. Formulação de cenários de evolução;

3. Definição de prioridades e metas;

4. Medidas e instrumentos de política;

5. Implementação e controle.

Complexidade dos EcossistemasComplexidade dos EcossistemasProcessos físicos:Processos físicos:- precipitação- precipitação- evaporação- evaporação- evapotranspiração- evapotranspiração- infiltração- infiltração- percolação- percolação- escoamento superficial- escoamento superficial- escoamento subterrâneo- escoamento subterrâneo

Processos abióticos:Processos abióticos:- resuspensão- resuspensão- sedimentação- sedimentação- mineralização- mineralização- nitrificação- nitrificação- denitrificação- denitrificação- adsorção- adsorção- reaeração- reaeração

Complexidade dos EcossistemasComplexidade dos Ecossistemas

Processos bióticos:Processos bióticos:- fotossíntese- fotossíntese- assimilação- assimilação- produção- produção- respiração- respiração- mortalidade- mortalidade- predação- predação- decomposição- decomposição

Complexidade dos EcossistemasComplexidade dos Ecossistemas

Como quantificar?Como quantificar?

Modelos matemáticos

Como lidar com tanta complexidade?Como lidar com tanta complexidade?

Como avaliar impactos ambientais?Como avaliar impactos ambientais?

QuestõesQuestões

O que são Modelos?O que são Modelos?

O que são Modelos?O que são Modelos?

ModelosModelos

Modelo é uma representação simplificada de algum objeto ou sistema, numa linguagem de fácil acesso e uso

Desenvolvido com o objetivo de entender o sistema e de prever as respostas do sistema em diferentes circunstâncias

SistemaQualquer estrutura, esquema ou procedimento, real ou abstrato, que em um dado tempo de referência se interrelaciona com uma entrada e uma saída.

Representacão SIMPLIFICADA do comportamento do sistema.

Modelo

SISTEMAENTRADAS

SAÍDAS

Modelos mais utilizados: Modelos matemáticos

Sistemas x ModelosSistemas x Modelos

Modelos MatemáticosModelos Matemáticos

Representação matemática dos processos ambientais em sistemas hídricos

• Sistemas artificiais• controle do homem• variáveis controladas• saídas são mais previsíveis• Exemplos: circuitos elétricos, edifícios

• Sistemas naturais• Não foram dimensionados pelo homem• Processos físicos nem sempre completamente entendidos• Saídas mais imprevisíveis• Observar comportamento para diminuir ignorância• Exemplos: bacias hidrográficas, estuários

SistemasSistemas

Questões intrigantes!Questões intrigantes!

Se é possível medir as variáveis de interesse em meu sistema por que necessito de um modelo?

Se eu disponho de um modelo por que necessito medir as variáveis de interesse?

Um modelo é uma representacão simplificada de algum objeto ou sistema desenvolvido com o objetivo de entendê-lo e buscar suas respostas para diferentes entradas.

O modelo deve ser visto como uma ferramenta e não como um objetivo.

Nenhum modelo cria informação !!

Modelos - PrincípiosModelos - Princípios

Extender séries de vazões observadas no espaço e no tempo;

avaliar estratégias operacionais;

Prever a resposta da bacia antes de modificações (estruturais e não estruturais);

calcular eventos extremos (cheias);

Avaliar a qualidade da água

Previsão de vazões;

Uso de modelos hidrológicosUso de modelos hidrológicos

• Hidrologia do início do século(?) até a década de 60:

• Conceitos, experimentos• Equações fundamentais (Darcy, Saint Venant)• Experimentos de Horton• Evapotranspiração• Ler Coletânea de papers Streamflow Generation

Processes

Questões históricasQuestões históricas

• Hidrologia do início do século(?) até a década de 60:

• Conceitos, experimentos• Equações fundamentais (Darcy, Saint Venant)• Experimentos de Horton• Evapotranspiração• Ler Coletânea de papers Streamflow Generation

Processes

Questões históricasQuestões históricas

Histórico de desenvolvimentoHistórico de desenvolvimento1925-1960 (Streeter-Phelps)Problemas: efluentes primários e não tratados

Poluentes: DBO/OD

Sistema: rios e estuários (1D)

Cinéticas: linear

Soluções: analíticas

1960-1970 (computacional)Problemas: efluentes primários e não tratados

Poluentes: DBO/OD

Sistema: rios e estuários (1D / 2D)

Cinéticas: linear

Soluções: analíticas e numéricas

DBO OD

Reaeração

P R ODsed

Histórico de desenvolvimentoHistórico de desenvolvimento

1970-1977 (Biologia)Problemas: eutrofização

Poluentes: nutrientes

Sistema: rios, lagos e estuários (1D / 2D / 3D)

Cinéticas: não-linear

Soluções: numéricas

1977- hoje (Tóxicos)Problemas: tóxicos

Poluentes: orgânicos e metais

Sistema: interações água-sedimento

Interações da cadeia alimentar (1D / 2D / 3D)

Cinéticas: não-linear

Soluções: numéricas e analíticas

Peixes

Zoo

Fito

NO3 NH3 Norg

PO4 Porg

Sólidos

Sólidos Águaintersticial

Bentos

Tóxicos Biota

água

sedimento

• Na década de 90, os avanços de modelos distribuídos na escala da bacia hidrográfica (meso escala) mostrou avanços importantes principalmente através: do uso do geoprocessamento que permitiu a identificação espacial das variáveis de entrada e de atributos físicos das bacias, também utilizada nos citados modelos no parágrafo anterior; uso de incerteza na estimativa de parâmetros mas sensíveis;

Impulso de Sensoriamento Remoto e SIGImpulso de Sensoriamento Remoto e SIG

• Conceitualmente o desafio sempre foi muito grande devido a vários fatores como os seguintes: – como representar um processo que observamos a nível pontual,

para uma escala espacial de milhares de quilômetros quadrados?

– como representar a irregularidade da natureza na forma de variáveis e parâmetros que representem de forma adequada os principais processos quantitativos e qualitativos?

– como diminuir a incerteza das estimativas das variáveis hidrológicas e dos parâmetros de vários sub-modelos, quando existem apenas a variável observada de entrada (precipitação e evapotranspiração) e de saída (vazão ou nível) de uma bacia?

– como amostrar elementos da bacia que permita avaliar o comportamento hidrológico a partir de visita ao campo (como outras ciências fazem)?

Desafios no desenvolvimento de modelos Desafios no desenvolvimento de modelos chuva-vazãochuva-vazão

• Ainda os computadores:• Processamento paralelo• Interação com SIG• Usuário (interface)• Sistemas de Suporte à Decisão• Ciclos biogeoquímicos• Organismos Aquáticos

Presente - FuturoPresente - Futuro

• Até segunda que vem...