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Oficina de trabalho
Mudanças Climáticas e Recursos Hídricos –
desenvolvimento científico para suporte à tomada
de decisão.
Apoio:
• 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
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)
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
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
Metodologia 1: estudos de caso
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
Reservatório de Vargem das FloresPressões
Fonte: Copasa (1997)
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
Paranoá Lake
Paranoá Lake Basin
São Bartolomeu River BasinParanaíba River Basin
11
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
PARANOÁ LAKE BASIN
LAND USE
(1954 – 2009)
ROIG (2014)
22 de julho de 2012 Texto do rodapé aqui 13
Lago Descoberto
22 de julho de 2012 Texto do rodapé aqui 14
Caracterização das Sub-baciasÁrea do reservatório: 17 km²Capacidade de armazenamento do reservatório: 102 hm3
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.
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
Metodologia 2: métodos, etapas e ferramentas
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
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
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
Metodologia 3: exemplos de aplicação em MG
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
Córrego Água Suja: exemplo de análise preliminar de dados
0
100
200
300
1974
1985
1986
1987
1989
1991
1993
1999
2002
2003
2004
2006
2008
2012
Co
nd
uti
vid
ade
elé
tric
a (μ
S/cm
) 200 m da Torre de Tomada
-100
0
100
200
300
400
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
111
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141
Córrego Água Suja
0
50
100
150
200
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
111
121
131
141
Córrego Bela Vista
0
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150
1 8
15
22
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43
50
57
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71
78
85
92
99
106
Ribeirão Betim
Média Móvel (n=10) - Cond. Elétrica
Linear (Média Móvel (n=10) - Cond. Elétrica)
Córrego Água Suja: exemplo de análise preliminar de dados
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8419
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8519
8519
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8619
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8719
8719
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8819
8919
8919
9019
9019
9119
9119
9119
9319
9319
9319
9419
9419
9920
0020
0220
0320
0420
0520
0720
0820
0920
1120
1220
1320
15
Oxi
gên
io D
isso
lvid
o (m
gO
/L)
Descumprimentos do padrão Classe 2 - Oxigênio Dissolvido
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
Exemplo: Lago Pampulha monitoramento e modelagem física e ecológica do lago e da bacia(Silva et al, 2014)
Dis
char
ge(m
3.s
-1)
0 1 2 3 40
1
2
3
4
Ptotal
0 200 400 600 800 10000
200
400
600
800
1000
TSS
0 5 10 150
5
10
15
NH4
0 1 2 3 4 50
1
2
3
4
5
NO3
Concentration mesurée (mg.L-1)
Co
ncen
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
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)
Metodologia 3: exemplos de aplicação em DF
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0
20
40
60
80
100
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0.00
5.00
10.00
15.00
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25.00
30.00
35.00
Ch
loro
ph
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g/
L)
Wa
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(º
C)
DO
(m
g/
L)
Paranoá Lake - C Point (Near Dam) - 1 m depth - Chlorophyl, DO and Water TemperatureMonthly data from 1976 to 2012
WATERTEMP DO CHLOROPHYLL
Drainage Network in the C.O. basin, outfall detail
Swmm
Olympic Center/UnB Catchment
Paranoá lake basin
32
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 100 200
Vaz
ão
(m
3/s
)
Co
nce
ntr
açã
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(mg/
L)
Total Reativo Q
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/12
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/12
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11/11/12
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/01
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/01
/13
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/01
/13
09
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08
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Swmm OLYMPIC CENTER/UNB CATCHMENT
0,0
5,0
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15,0
20,0
25,0
0,0
0,5
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0,00 100,00 200,00
Vaz
ão (
m3/s
)
Co
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ação
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g/L)
NH3 NO3-N NO2-N Q
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03
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/01
/13
MONITORING DATA
Phosphorus
Nitrogen
Swmm
OLYMPIC CENTER/UNB CATCHMENTFLOW
Metodologia 3: exemplos de aplicação em SP
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
Simulação de Cenários Hidrológicos, climáticos e de uso/ocupação
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0
5
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01/08/2008 02/08/2008 03/08/2008 04/08/2008 05/08/2008
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Ve
loci
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m/s
)
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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Evap
/Pre
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/Air
Te
mp
mm
/day
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C
Evaporation Precipitation Air Temperature
Avaliação da resiliência e resposta ao manejo
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0,00005
0,00015
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Tem
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ratu
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)
vert
ical
ve
loci
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m/s
) -
B3
Water Temperature Apr 27, 2016
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.
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
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)
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
Cronograma de atividades:
Obrigado
Nilo Nascimento [email protected]
Sérgio Koide [email protected]
J. Rodolfo Scarati [email protected]