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Oficina de trabalho Mudanças Climáticas e Recursos Hídricos desenvolvimento científico para suporte à tomada de decisão. Apoio:

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Oficina de trabalho

Mudanças Climáticas e Recursos Hídricos –

desenvolvimento científico para suporte à tomada

de decisão.

Apoio:

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• Projeto: Modelagem de Mananciais Metropolitanos

Estratégicos como Insumo para a Gestão de Água e Território

Face a Mudanças Climáticas

• Coordenador: Nilo Nascimento (UFMG)

• Equipe: – Coordenadores associados: Sérgio Koide (UnB) e J. Rodolfo

Scarati (USP)

– Julian Eleutério e Talita Silva (UFMG)

– Oscar Cordeiro N. e Lenora N. L. Gomes (UnB)

– Brigitte Vinçon-Leite (LEESU-ENPC, França)

– 2 Pos-Doc, 3 PhD e 5 MSc

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Objetivos da proposta:

• Conceber métodos para a avaliação de cenários de uso do solo e da água face a mudanças climáticas e pressões globais e locais sobre o uso de recursos naturais

• Contribuir para a formulação de políticas de conservação de água e solo em mananciais estratégicos para regiões metropolitanas

• Conceber e avaliar métodos de integração de modelagem climática, hidrológica de bacias, hidrodinâmica e ecológica de lagos (reservatórios)

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Hipóteses:

• Mudanças globais e locais impactam sobre o uso do solo e da água:

• Preço de commodities e atividade minerária (produção e descomissionamento)

• Expansão urbana, dispersão urbana

• Atividades agropecuárias nas franjas metropolitanas

• Demanda por água, solo, produtos agrícolas e outros recursos naturais cresce com políticas distributivas de renda

• Cenários de variabilidade e de mudança climática (temperatura, duração de períodos secos, intensidade de chuvas) impactam sobre regime hidrológico e ecologia de lagos:

• Dinâmica do fitoplâncton com aumento de temperatura

• Efeitos de choque de poluição difusa aumentam: processos erosivos, lixiviação

• Impactos sobre a concentração de contaminantes: metais pesados, pesticidas, toxinas (cianobactérias)

• Hidrodinâmica do lago e dinâmica do fitoplâncton

• Operação de reservatórios mais complexa, com maiores flutuações de NA no tempo

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Hipóteses:

• Instrumentos reguladores são necessários mas não são suficientes para promover conservação de água e solo

• Enfoques fundados em conceitos de serviços ecossistêmicos associados a instrumentos econômicos podem contribuir para promover a conservação de água e solo:

• Cobrança pelo uso da água

• Pagamento por serviços ambientais

• Cobertura de custos de transação para promover mudanças: capacitação para a conservação de água e solo, criação e organização de novos mercados (e.g.: agricultura orgânica, ecoturismo); monitoramento e avaliação

• A modelagem matemática pode ser um instrumento importante para quantificar serviços ecossistêmicos e melhor definir instrumentos de gestão

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Metodologia 1: estudos de caso

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Vargem das Flores Bacia (rio Betim) e reservatório

Área da bacia: 121 km2

Contagem: 90% da área da baciaBetim: 10% da área da bacia

Reservatório construído em 1972Produção de 1,5 m3/s (9% da cap. inst. da RMBH)Área do reservatório: 5,1 km2

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Reservatório de Vargem das FloresPressões

Fonte: Copasa (1997)

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WWW.PANORAMIO.COM

Área de contribuição direta, proteção integral: 32 km2

Capacidade de armazenamento:98.000.000 m3

APE: 256 km2

(Lei 20792 de 08/08/1980)

Produção de água:Máximo: 2,6 m3/sMédio: 1,5 m3/sRMBH 16%

Suprimento de água potável para cercade 800.000 habitantes

Reservatório de Serra Azul

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Paranoá Lake

Paranoá Lake Basin

São Bartolomeu River BasinParanaíba River Basin

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Paranoá LakePhysical characteristics:

Lake Area – 37,5 Km2

Max. Depth – 38 m

Mean Depth – 12,42m

Volume – 498 x 106 m3

Distance to the Dam

• Sta Maria/Torto – 12,5 km

• Bananal – 15,2 km

• Riacho Fundo – 19 km

• Gama – 13,7 km

Perimeter – 118,87 km

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PARANOÁ LAKE BASIN

LAND USE

(1954 – 2009)

ROIG (2014)

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22 de julho de 2012 Texto do rodapé aqui 13

Lago Descoberto

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22 de julho de 2012 Texto do rodapé aqui 14

Caracterização das Sub-baciasÁrea do reservatório: 17 km²Capacidade de armazenamento do reservatório: 102 hm3

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Reservatório Billings SP• Volume de 1 x 109 m³ - equivalente à todo

sistema de abastecimento da RMSP – grandeimportância para a segurança hídrica

• Morfologia e processos hidrodinâmicoscomplexos envolvendo controle de cheias, geração de enegia e abastecimento de água

• Qualidade das águas sofre o efeito da urbanização

• Episódios de floração de algas influenciadospelos múltiplos eventos de estratificação e mistura

• Cenários meteorológicos envolvendo de temperatura ventos são dominantes nosprocessos, juntamente com o manejo para controle de cheias e geração de energia.

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Barragem Hedberg –Iperó - SP• Bacia sob infulência da expansão

urbana e manejo agrícola, inserida em área de preservação(Floresta Nacional de Ipanema )

• Reservatório mais antigo do Brasil (200 anos), pequenasdimensões, sob intenso processode assoreamento e eutrofização

• Regime fluvial e temperatura sãocondicionantes do comportamento hidrodnâmico

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Metodologia 2: métodos, etapas e ferramentas

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Metodologia 2: métodos, etapas e ferramentas

Dados fisiográficosda bacia e do reservatório

Dados de uso e de ocupação do solo

Dados hidrológicos e operacionais

Modelagem hidrológica da bacia hidrográfica:

quantidade e qualidade

Modelagem física e ecológica dos lagos:

1D e 3D

Cenário 0: atualCalibração e validação

Cenário 1: conservaçãoConservação de solo e

água, ações de saneamento

Cenário 2: climaMudanças climáticas

Prognósticos

Instrumentos

Monitoramento de alta frequência de variáveis

meteorológicas, hidrológicas, biológicas

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Metodologia 2: métodos, etapas e ferramentas

Modelos Hidrológicos

Modelos de Qualidade de Água

Modelos físicos e ecológicos de lagos

Ferramentas de Modelagem

SWMMSWAT

CE-QUAL-W2 SELMOHEAGLM

Delft 3D Flow e WAQ

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Metodologia 2: métodos, etapas e ferramentas

Índice de integridade biótica

Serviços Ecossistêmicos

Pagamentos por Serviços

Ecossistêmicos

Ferramentas de Análise de Prognósticos e de Instrumentos de Gestão

P-IB-GPSI

INDICE Q

Métodos qualitativos e

quantitativos por modelagem

Modelos de PSE

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Metodologia 3: exemplos de aplicação em MG

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Reservatório Vargem das Floresmonitoramento de qualidade de água desde 1974

Retirado de César (2015)

200 m da Torre de Tomada

Água Suja

Bela Vista

Braço Córrego Água Suja

Enc. Braços Principais

Fluxo de jusante

Morro Redondo

Ribeirão Betim

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Córrego Água Suja: exemplo de análise preliminar de dados

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1999

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Co

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a (μ

S/cm

) 200 m da Torre de Tomada

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Córrego Água Suja

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1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

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Córrego Bela Vista

0

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Ribeirão Betim

Média Móvel (n=10) - Cond. Elétrica

Linear (Média Móvel (n=10) - Cond. Elétrica)

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Córrego Água Suja: exemplo de análise preliminar de dados

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Oxi

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Descumprimentos do padrão Classe 2 - Oxigênio Dissolvido

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Bacia do Serra Azul, início de trabalhos com modelo SWAT

Uso do solo atual

Monitoramento: precipitações Monitoramento: vazões

Três cenários de simulação:1. Situação atual2. Cenário com foco em ações de conservação3. Cenário com mudança climática

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Exemplo: Lago Pampulha monitoramento e modelagem física e ecológica do lago e da bacia(Silva et al, 2014)

Dis

char

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NH4

0 1 2 3 4 50

1

2

3

4

5

NO3

Concentration mesurée (mg.L-1)

Co

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trati

on

sim

ulé

e (

mg

.L-1

)

Sim

ula

ted

con

cen

trat

ion

(mg.

L-1)

Measured concentration (mg.L-1)

Fonte: Silva et al, 2014

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Modificação de parâmetros e variáveis de entrada

Variação média absoluta da biomassa de cyanobactérias

+ 30% de impermeabilização 42%

+ 50% de impermeabilização 46%

- 50% de concentração de NH4 14%

- 50% de concentração de PO4 26%

No período chuvoso, o aumento de vazões e volumes de escoamentoafeta a estabilidade do lago e causa redução da biomassa de cyanobacteria

A redução de PO4, nutriente limitante, leva à redução da biomassa de cyanobacteria ao longo de toda a simulação

Fonte: Silva et al, 2014

Exemplo 2: Lago Pampulha monitoramento e modelagem física e ecológica do lago e da bacia(Silva et al, 2014)

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Metodologia 3: exemplos de aplicação em DF

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DO

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L)

Paranoá Lake - C Point (Near Dam) - 1 m depth - Chlorophyl, DO and Water TemperatureMonthly data from 1976 to 2012

WATERTEMP DO CHLOROPHYLL

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Drainage Network in the C.O. basin, outfall detail

Swmm

Olympic Center/UnB Catchment

Paranoá lake basin

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MONITORING DATA

Phosphorus

Nitrogen

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Swmm

OLYMPIC CENTER/UNB CATCHMENTFLOW

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Metodologia 3: exemplos de aplicação em SP

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Metodologia e Monitoramento e Simulação

• Medição em alta frequência das variáveis ambientais(temperatura e fitoplancton)

• Modelagem 3D utilizando osModelos Delft 3D Flow & WAQ

• Análise comparativa mediantesimulação de cenáriosclimáticos e de ocupação/uso da bacia

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Simulação de Cenários Hidrológicos, climáticos e de uso/ocupação

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N-S Wind Vel

21/07/08 28/07/08 04/08/08 11/08/08 18/08/08 25/08/08 01/09/08

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Evaporation Precipitation Air Temperature

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Avaliação da resiliência e resposta ao manejo

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B3

Water Temperature Apr 27, 2016

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Resultados esperados:

• Disseminação de técnicas de avaliação da resposta hidrodinâmica de reservatórios com base em monitoramento e modelagem de alta resolução

• Pospecção de métodos para avaliaçãoda resiliencia de reservatórios aos cenáriosde ocupação da bacia e mudanças climáticas

• Proposição e avaliação de técnicas para manejo de reservatóiros de pequeno e grande porte

• Estrutura de modelos matemáticos das bacias que permita analisar os impactos das diversas formas de ocupação das bacias e de diferentes cenários climáticos nas vazões e na qualidade da água dos rios e, consequentemente, dos aportes aos reservatórios

• Estrutura de modelos matemáticos de lagos que permita analisar as características hidrodinâmicas dos reservatórios e os impactos dos aportes de vazão e carga e de cenários climáticos sobre a qualidade da água e o perfil de temperatura dos lagos.

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Impactos da pesquisa para o avanço da ciência e sociedade:• Compreensão sobre o comportamento de lagos tropicais:

hidrodinâmica e ecologia

• Compreensão sobre impactos sobre os lagos em decorrência de:• Mudanças no uso do solo e da água

• Operação para fins múltiplos, notadamente, abastecimento de água

• Variabilidade e mudanças climáticas

• Avanços em modelagem integrada bacia – lago

• Avanços em simulação de técnicas de conservação de solo e água

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Impactos da pesquisa para planejamento e gestão de recursos hídricos:

• Discussão de modelos institucionais de gestão de recursos hídricos em esfera metropolitana:• Diversidades de usos do solo e de outros recursos naturais

• Escalas territoriais, coerência de políticas: da microbacia urbana à bacia hidrográfica

• Conflitos entre interesses locais/regionais, privados/públicos: o de sempre, mas envolvendo possivelmente maior diversidade de stakeholders

• Dinâmica econômica resultando em transformações rápidas: dificuldades para o planejamento e a gestão

• Modelos para a regulação de uso do solo em esfera metropolitana (ex. Macrozoneamento da RMBH)

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Impactos da pesquisa para planejamento e gestão de recursos hídricos:

• Experiências de enfoques fundados em serviços ecossistêmicos:• Pagamento por serviços ambientais como a experiência de Extrema e de

programas bolsa verde

• O Programa Cultivando Água Boa de iniciativa da Itaipu Binacional: cobrindo custos de transação; os aspectos de mobilização e participação

• O pagamento por serviços ambientais no âmbito da ANA

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Cronograma de atividades: