Gestão de Recursos Hídricos · Previsão Sazonal de Afluências e geração de índices...

Gestão de Recursos Hídricos

Experiência do Ceará

Francisco de Assis de Souza FilhoUniversidade Federal do Ceará

Fortaleza16/10/2017

TÃO CARA

TÃO SUJA

TÃO POUCA

TANTA

ÁGUA

PRINCIPAIS DESAFIOS NO BRASIL POR REGIÃO

Inundações em áreas urbanas de

todas as regiões, inclusive

Nordeste

SEMIÁRIDO

IRRIGAÇÃO

DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL DAS PRECIPITAÇÕES NO BRASIL

Região Semiárida: Baixa Precipitação e Alta Evaporação

HETEROGENEIDADE DO ESPAÇO FÍSICO E SOCIAL

Semiaridone.shp Chapada Diamantina Depressão SertanejaaçudesÁreas Sub-ÚmidasMaciços ResiduaisPlanalto com Cobertura CalcáriaPlanalto da BorboremaPlanalto SedimentarPlanície Costeira

Limite_estadual.shpOceano_ne_pol.shpPolig_secas.shp

CRATO

CRATO

Escala original: 1:100.000

Fonte: ANA- Atlas - NE

POTENCIALHIDROGEOLÓGICO

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1840 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Pre

cip

itation (m

m)

Fortaleza

10 years moving average

SECA 1877

VARIABILIDADE CLIMÁTICA EM MÚLTIPLAS ESCALAS TEMPORAIS

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000

Va

zã

o (

m3

/s)

Afluências Iguatu

Média Movel (10 anos)

Polinômio

RISCO CLIMÁTICO E SEGURANÇA HÍDRICAAlta variabilidade temporal das precipitações e vazões

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

ano

Vo

lum

e (h

m3)

EVOLUÇÃO DOS ESTOQUES DE ÁGUA NO CEARÁ

RIOS PERENIZADOSDO CEARÁ

Fonte: SRH, 2013

SISTEMA JAGUARIBE-METROPOLITANO

BACIAS BENEFICIADAS PELO EIXO LESTE

Gravatá

EIXO NORTE

EIXO LESTE

Barragem de Sobradinho

Barragem de Itaparica

Barragem de Xingó

Barragem de Paulo Afonso

FORTALEZA

Castanhão

Orós

Santa Cruz

P. Ferros

A. Ribeiro

Coremas

Boqueirão

P. Cruz

Entremontes

Chapéu

Atalho

Ávidos

Eixão das Águas

Adutora do Oeste

Adutora do Pajeú

Alto Oeste

Cinturão das Águas

MALHA D’ÁGUA

GESTÃO DE ÁGUA NO CEARÁ

ESTADO DO CEARÁ

8.8 milhões de pessoas

148.000 km2

11 Regiões Hidrográficas

GESTÃO DAS ÁGUAS

COGERHSRHANA

ABASTECIMENTO

154 reservatórios(>2hm³)

DEMANDA

População urbana6.3 milhões de pessoas

Região Metropolitana de Fortaleza3.6 milhões de pessoas

IrrigaçãoÁrea: 72000 hectares

1919 1932 1942 1958 1970 1983 1997

Açude Cedro

Lei Estadual de Recursos Hídricos

I Plano Estadual de Recursos Hídricos

PROURB (BANCO MUNDIAL)

PLANOS DE BACIA

COMITÊS DE BACIA

IOCS

1909

1906

DNOCS

1945

UFC

1954

Empresa de consultoria SIRAC

1971

FUNCEME

1972

1987

Secretaria de Recursos Hídricos

CONSTITUIÇÃO DE 1988

1988

1992

1993

SECA

COGERH

I reunião de alocação de água do Vale do Jaguaribe

1994

1996

CASTANHÃO

EIXÃO JAGUARIBE-METROPOLITANO

2006

MARCOS QUE CONFIGURARAM O SISTEMA DE RECURSOS HÍDRICOS DO CEARÁ

1915

DIMENSÕES DA GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS

• Gestão da Oferta

• Gestão da Demanda

• Gestão de Conflitos

Arcabouço Político, Legal e Institucional do Gerenciamento dos Recursos Hídricos

Bacia do rio Jaguaribe (1995)Reunião de Alocação de água na bacia

do Curu (16 Jun 2011)

MACRO ALOCAÇÃO NEGOCIADA DE ÁGUAProcesso participativo

TRIPÉ ESTRATÉGICO DA GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS NO CEARÁ

BASE OPERACIONAL DA POLÍTICA DE RECURSOS HÍDRICOS NO CEARÁ

QUADRILÁTERO DA COGERH

Agência de ÁguaEmpresa

Prestadora de Serviço

DILEMA

COGERH

DEMOCRACIA

DESAFIOS

Risco Climático: Variabilidade e Mudança Climática

SPI – CEARÁ (1910 – 2015)

From IRI

Posicionamento da ZCIT e TSM

REGIÕES

De

19

90

a 1

99

9D

e 2

00

0 a

20

09

Variabilidade do Regime de Chuvas e Índices Climáticos

SPI: CLUSTERSCEARÁ

3 5 4 2 6 7

12

34

56

78

Dendrograma

MODOS DE VARIAÇÃO

Análise de Baixa Frequência

MODOS DE VARIAÇÃO

MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Mudança na temperatura global e continental

MUDANÇAS CLIMÁTICAS E NÃO ESTACIONARIEDADE DAS SÉRIES DE VAZÕES

Variação percentual na média anual de vazões no século XXI para os modelos do CMIP5 para o cenário RCP4.5

MUDANÇA CLIMÁTICA:

CEARÁ (SISTEMA JAGUARIBE-METROPOLITANO)

MODOS DE VARIAÇÃO

MUDANÇA CLIMÁTICA: PARAÍBA DO SUL (SANTA CECÍLIA)

MODOS DE VARIAÇÃO

PLANEJAMENTO DE SECAS

Fonte: Adaptado de Wilhite et al. (2005)Fonte: Adaptado de Wilhite et al. (2000)

ARCABOUÇO CONCEITUAL

Estratégia Estadual de

Gestão de Secas

Plano de Seca em Região

Hidrográfica

Plano de Seca em

Hidrossistemas

Plano de Seca nos Usos da

Água

ESTRATÉGIA GERAL

REUNIÃO DE ALOCAÇÃO ESTADOS DE SECA MEDIDAS DE MITIGAÇÃO

NORMAL ALERTA

SECASECA

SEVERA

SECA EXTREMA

Plano operacional de gestão de secas em Regiões Hidrográficas

Plano operacional de gestão de secas em Regiões Hidrográficas

1. Definição da Alocação de Água no Período Seca entre os diversos Usos2. Regras de operação do sistema no período seco3. Estabelecimento de Mecanismos de Gerenciamento de Conflito4. Mecanismo de fiscalização e sanção para Infratores5. Ações de resposta para reduzir impacto das secas6. Plano de Mitigação do impacto das secas que reduzam as

vulnerabilidades e riscos do sistema (PLANO DE SEGURANÇA HÍDRICA – PLANO DE BACIA)

1. Marco Normativo e Organizacional

2. Oferta e Demanda: Estruturas e Regras de Operação dos Sistema

3. Avaliação de vulnerabilidade do sistema e impactos das secas

4. Estratégia de Preparação, Mitigação e Resposta

5. Cenários de Seca: Estágios de seca, gatilhos e metas de resposta

6. Plano de Ações de Preparação, Mitigação e Resposta

7. Implementação e Monitoramento de Secas

8. Revisão e Atualização do plano

DIA

GN

ÓST

ICO

PLA

NEJ

AM

ENTO

EXEC

UÇ

ÃO

ETAPAS METODOLÓGICAS DO PLANEJAMENTO

MONITORAMENTO E ALERTA PRECOCE

Modelo Operação Reservatórios

Transferência entre sistemas5 Níveis

Metropolitano

Normal Alerta Seca Seca Severa

Seca Extrema

Jagu

arib

e

NormalT0 T2 T3 T4 T5

AlertaT0 T2 T3 T4 T4

SecaT0 T2 T3 T3 T3

Seca SeveraT0 T2 T2 T2 T2

Seca ExtremaT0 T1 T1 T1 T1

T0 = 0 m³/s; T1 = 3 m³/s; T2 = 6 m³/s; T3 = 9 m³/s; T4 = 12 m³/s; T5 = 15 m³/s

Modelo AgregadoOperação com salvaguarda

OPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS

Identificação das Vulnerabilidades

do sistema(Método PEIR + brainstorm)

Medidas de Mitigação para

cada Estado de Seca:

NormalPré-Alerta

AlertaEmergência IEmergência II

VULNERABILIDADES AÇÕES PREPARATÓRIAS

1º

2º

1º/2º

2º

MCG(ECHAM)

DownscalingDinâmico

(RAMS,RSM)c/ tsm prevista e/ou persistida

ModeloHidrológico

(SMAP)

Preditores Climáticos(El Nino, Dipolo)

Modelo Estatístico

(K vizinhos)

Previsão Sazonal de Afluências e geração de índices

Avaliação do Estado

de Secaatual e futuro

Monitoramento do Sistema

(Dados atuais e históricosde vazão e volume)

RedesNeurais

SISTEMA DE INFORMAÇÃO E ALERTA PRECOCE

1

2

3

Sistema de Gerenciamento de Secas

Downscaling dinâmico acoplado a um modelo chuva-vazão

Sistema de Gerenciamento de Secas

Gatilhos

APLICAÇÃO

Ações de mitigação e resposta

INSTRUMENTOS ECONÔMICOS

Gestão de risco

Recursos Hídricos

Medidas estruturais – alteram a infraestrutura hídrica;

Medidas não estruturais –realocação de água, mecanismos financeiros (seguros, compensação, derivativos).

VariabilidadeMECANISMOSFINANCEIROS

$$$

Reconhecidos internacionalmente. No entanto, mais investigados para riscos de inundações.

Variabilidade Climática

Risco

INTRODUÇÃO

AgriculturaAbastecimento

Urbano

$$$$

Água

Modelo Conceitual da Compensação Financeira

Zona de Transição: Indicativo que o preço da água irá aumentarAlerta aos usuários (Ação: Comunicação)

Estado do Sistema

P3

P2

P1

NormalSecaSeca Severa

Zon

a d

e tr

ansi

ção

Zon

a d

e tr

ansi

ção

Gatilho (Ex. Volume)

PreçosP3>P2>P1

SISTEMA DE TRÊS TARIFAS

(i) Situação de aplicação

(ii) Modelo de alocação de água

(iii)Análise da Transferência de Risco

(iv)Construção do Mecanismo de Compensação Financeira

(v) Avaliação do Desempenho do Sistema Hídrico

(vi) Elaboração do modelo de integraçãoCobrança-Compensação

SamíriaOliveira

ESTRATÉGIA METODOLÓGICA

PLANO DE SEGURANÇA HÍDRICA

Metas e Riscos Toleráveis

Cenarização

1. Avaliação de Segurança da Água: Quantidade

2. Avaliação de Segurança da Água: Qualidade

3. Identificação e Hierarquização das Vulnerabilidades de águas superficiais e subterrâneas (qualidade e quantidade)

4. Estratégia Geral de Mitigação e Gerenciamento de Risco utilizando medidas estruturais e não estruturais

5. Agendamento das Ações: Gerenciamento de oferta e de demanda, gerenciamento de conflitos e estrutura legal e institucional

PLANO DE SEGURANÇA HÍDRICA

Escolha das Variáveis Chave (MICMAC)

SEGURANÇA HÍDRICA E ÁGUAS URBANAS

ÁGUAS URBANAS

DESIGUALDADESOCIAL

ÁGUAS EM AMBIENTE URBANO

USO DA TERRA

USOS DA TERRA E PADRÕES DE ESCOAMENTO

LIMITES NATURAIS

Tempo de Residência

CICLOHIDROLÓGICOGLOBAL

QUALIDADE DA ÁGUA

Estudo de caso: Eutrofização em reservatórios 𝒕𝒅 =𝑽𝑳𝑸𝒐

Estudo de caso: Eutrofização em reservatórios 𝒕𝒅 =𝑽𝑳𝑸𝒐

Contorno de Temperaturas (ºC)

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

15

12

9

6

3

0

Variação de Energia no Tempo por Camada (W)

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

15

12

9

6

3

0

Fluxo Vertical de Calor (W/m2)

(+)Descendente e (-)Ascendente

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

15

12

9

6

3

0

OD (mg/l)

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

5

10

15

20

25

30

35

Variação de OD no Tempo por Camada

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

5

10

15

20

25

30

35

Fluxo Vertical de OD

6h 8h 10h 12h 14h 16h 18h 20h

5

10

15

20

25

30

35

27.2

27.4

27.6

27.8

28

28.2

-20

0

20

40

60

-100

0

100

200

300

400

500

4

5

6

7

8

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

-8

-6

-4

-2

0

2

Profundidade (m)

Profundidade (m)

Profundidade (m)

Contorno de temperaturas observado no reservatório Pereira de Miranda no dia 8 de Dezembro de 2009

Perfis de temperatura e oxigênio monitorados no dia 02 de março de 2010, às 15, 18 e 21 horas, no reservatório Pereira de Miranda

Calibração da hidrodinâmica do modelo CE-QUAL-W2 :

Resultados: Pré-processamento, calibração e validação do modelo CE-QUAL-W2

Aplicação do sistema de previsão sazonal para o período monitorado

5 de Março de 2010 5 de Abril de 2010

6 h 9 h

12 h 15 h

18 h 21 h

6 h

12 h 15 h

18 h 21 h

9 h

Resultados: Previsão da hidrodinâmica do reservatório Pereira de Miranda

Aquecimento do modelo CE-QUAL-W2:

• AME (modelo calibrado) para diferentes tempos de simulação

• Série hidrometeorológica inicial: 150 dias

• Série ótima: 90 dias

Resultados: Pré-processamento, calibração e validação do modelo CE-QUAL-W2

QUADRO CONCEITUAL

SISTEMA DE PREVISÃO SAZONAL DA HIDRODINÂMICA EM RESERVATÓRIOS

ABASTECIMENTO DE POPULAÇÕES RURAIS DIFUSAS

ABASTECIMENTO DE ÁGUA RURALAnálise

IMPACTO NA VIDA DAS PESSOAS

DIAGNÓSTICO MULTIDISCIPLINAR

ENVOLVIMENTO DA COMUNIDADE DIA E NOITE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA RURALPlano Municipal de Água(PAM)

GESTÃO ADAPTATIVA

• Fornecimento de Informação

• Tratar com Conflitos

• Induzir o cumprimento das regras

• Prover Infraestrutura

• Estar Preparado para Mudanças

• Gerenciar o Risco

ADAPTAÇÃOGovernança Adaptativa em Sistemas Complexos

Elinor Ostrom

NOVA ONDA DE MUDANÇA DE CONTEXTO NOVOS DESAFIOS

AS REVOLUÇÕES INDUSTRIAIS

DIGITAL

Internet das coisasSensores/redes

Blockhan (Bitcoin)Plataformas tecnológicas

BIOLÓGICA

Genética: sequência, Ativação e edição

de genesBiologia sintética

Neurociências

MEGATENDÊNCIAS

FÍSICA

Veículos autônomosImpressão 3D

Robótica avançadaNovos materiais

IMPULSIONADORES

EFEITO PLATAFORMA

Compradores x Vendedores

A QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

Novas regras de competitividade econômica

Empresas e países: fronteira da inovação

Estratégias de redução de custos

Necessidade da construção de ecossistemas próprios de inovação

Oferta de produtos e serviços de maneira

mais inovadora

A QUARTA REVOLUÇÃO INDUSTRIAL

As regras de competitividade econômica da quarta revolução industrial são diferentes das regrasdos períodos anteriores. Para se manterem competitivas, as empresas e os países devem estar na fronteirada inovação em todas as suas formas, o que significa que as estratégias que incidem principalmente naredução de custos serão menos eficazes do que aquelas que se baseiam na oferta de produtos e serviçosde maneira mais inovadora. Tal qual vemos hoje, as empresas estabelecidas estão sob extrema pressão deinovadores e disruptores de outras indústrias e países emergentes. O mesmo pode ser dito sobre os paísesque não reconhecem a necessidade da construção de seus próprios ecossistemas de inovação.

Em resumo, acredito que a combinação de fatores estruturais (excesso de endividamento eenvelhecimento das sociedades) e sistêmicos (a introdução da plataforma e das economias sob demanda, acrescente relevância da diminuição dos custos marginais etc) nos forçou a reescrever nossos livros deeconomia.

Francisco de Assis de Souza Filhoassis@ufc.br

FIMOBRIGADO!

Documentário sobre a Seca 2012-2017

Documentário sobre o Sistema Jaguaribe-Metropolitano

Apresentação do Projeto Adapta

SÍTIO ELETRÔNICO

www.adapta.ufc.br

IMPULSIONADORES

FÍSICO

Veículos autônomosImpressão 3DRobótica avançadaNovos materiais

DIGITAL

Internet das coisasSensores/redes

Blockhan (Bitcoin)Plataformas tecnológicas

BIOLÓGICA

Genética: sequenciar,

ativação, e edição de genes

Biologia sintéticaNeurociências

MEGATENDÊNCIAS

Efeito plataforma → Compradores x Vendedores

AS REVOLUÇÕES INDUSTRIAIS