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Vitor Vieira Vasconcelos
26 de junho de 2017
Universidade Federal do ABC
Objetivos
•Compreender como ferramentas de auxílio à decisão
podem ser utilizados na gestão de recursos hídricos
•Adquirir conhecimentos básicos sobre simulação de
cenários de disponibilidade e demanda de recursos
hídricos no sistema WEAP
•Refletir sobre os efeitos das decisões de
planejamento territorial sobre as bacias hidrográficas
Conteúdo
•Ferramentas de Auxílio à Decisão para Gestão
de Recursos Hídricos
•Prática com o sistema WEAP
•Prática com o jogo SimBasin
Histórico da Gestão de Recursos
Hídricos
•Fatores de Pressão sobre
os Recursos Hídricos
Agricultura Irrigada
o70% do uso consumptivo
Urbanização
oConcentração espacial do
consumo e da poluição
Mudanças de uso do solo
oAlteração do ciclo das águas
•Gestão de Recursos
Hídricos
o Monitoramento de
Disponibilidade vs.
Demanda
o Autorização para uso
ou poluição das águas
Gestão Integrada de Recursos Hídricos
Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000.
(http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf)
Sociedade
Gestão das Águas
Gestão de outros recursos
naturais ligados ao ciclo da ága
Ex:
Uso do solo e vegetação
Pesca
Energia
Recursos Minerais
Maximizar
Crescimento
Econômico
Bem-Estar Social
Demaneiraequitativa!
Sustentabilidade
Ambiental
Objetivos
Princípios da Gestão Integrada
de Recursos Hídricos
1. A água é um recurso finito e
vulnerável
2. Abordagem Participativa
3. Consideração de Gênero
4. Valoração econômica e social da
água
5. Integração dos 3 E – eficiência
econômica, equidade social e
sustentabilidade ecossistêmica
International Conference on Water and the Environment (ICWE) in Dublin,
Ireland, on 26-31 January 1992.
http://www.wmo.int/pages/prog/hwrp/documents/english/icwedece.html
Ciclo da Gestão Integrada de Recursos Hídricos
Definição de
objetivos
Análise de
Lacunas
DiagnósticoImplementação
Monitoramento
e Avaliação
Estratégia e
plano de ação
O que são ferramentas de auxílio à
decisão?
Procedimentos interativos, programas e
bases de dados para auxiliar a
tomada de decisão
Como as ferramentas de auxílio à decisão podem auxiliar
no ciclo de Gestão Integrada de Recursos Hídricos?
Definição de
objetivos
Análise de
Lacunas
DiagnósticoImplementação
Monitoramento
e Avaliação
Estratégia e
plano de ação
Ferramentas de auxílio à decisão para ajudar
a entender a integração…
nos sistemas naturais:
•entre terra e água
•entre chuva, águas superficiais e águas subterrâneas
•entre quantidade e qualidade das águas
•entre montante e jusante das bacias hidrográficas
•entre sistemas de água doce e sistemas costeiros
Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000.
(http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf)
Ferramentas de auxílio à decisão para ajudar
a entender a integração…
entre sistemas naturais e sociais:
•demanda pela água
•trade-off entre água-energia-alimento
•efeitos econômicos dos cenários de recursos hídricos
Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000.
(http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf)
Funções das ferramentas de auxílio à decisão
•Organizar dados (bancos de dados)
•Visualizar dados
•Análise
•Modelagem de sistemas
•Comunicação
Reference: eWater Source — Australia's national hydrological modelling platform (http://www.ewater.com.au/products/ewater-source/)
Quais serão os efeitos das
mudanças climáticas?
O que acontecerá se
implantarmos um novo
projeto de irrigação?
Se desmatarmos uma área, quais
serão os efeitos na vazão dos rios e
no aporte de sedimentos ?
Se construirmos um novo
reservatório, quais serão os
custos e benefícios?
Considerando o crescimento urbano esperado,
quando ocorrerá conflito com os usos de água a
montante?
Se mudarmos para outra cultura
agrícola, quais serão os efeitos nos
aportes de sedimento?
Usos das ferramentas de auxílio à decisão
• Sistemas de Informação Geográfica
• Modelos Hidrológicos
• Modelos climáticos
Exemplos de Ferramentas de Auxílio à Decisão
Spatial Analysis of flow Accumulation in Ayeyarwady Delta. In: Theilen-Willige, B., &
Pararas-Carayannis, G. (2009). Natural hazard assessment of SW Myanmar-a contribution of
remote sensing and GIS methods to the detection of areas vulnerable to earthquakes and
tsunami/cyclone flooding. Science of Tsunami Hazards, 28(2), 108
WEAP and MODFLOW modelling. Available at:
http://www.bgr.bund.de/EN/Themen/Wasser/Projekte/abgeschlossen/TZ/Acsad_dss/dss_fb_en.html
Johnston, R. et al. 2010. Climate change, water and agriculture in the Greater Mekong Subregion.
Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute. 60p. IWMI Research Report 136.
doi:10.5337/2010.212
Modelagem
•Relações entre elementos de um sistema, com base em
dados observados
•Modelos são simplificações da realidade e sempre tem
um erro associado interno
Projeção
•Usar o modelo para estimar informações para além dos
dados observados, no espaço e no tempo
•Incerteza aumenta conforme se afasta dos dados
observados
Projeção Espacial - Regionalização
Locais com
existência de
dados
Locais onde
desejamos
estimar os dados
Quanto mais afastado dos
locais com dados, maior é a
incerteza
Cenários
•Examina possibilidades, mais do que previsões fixas
•Usados quando incerteza da projeção é muito grande
•Pode simular o que ocorrerá se tomarmos decisões
diferentes
KNUTTI, R. Should we believe model predictions of future climate change?. Philosophical Transactions of the Royal Society
of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, v. 366, n. 1885, p. 4647-4664, 2008.
Observações
Projeção
de
cenários
Aquecimentoda
superfícieglobal(ºC)
Observações
Anos
Cenários
•Pode simular o que ocorrerá se tomarmos decisões
diferentes
Hanspach, J., T. Hartel, A. I. Milcu, F. Mikulcak, I. Dorresteijn, J. Loos, H. von Wehrden, T. Kuemmerle, D. Abson, A. Kovács- Hostyánszki, A. Báldi,
and J. Fischer. 2014. A holistic approach to studying social-ecological systems and its application to Southern Transylvania. Ecology and Society
19(4):32. http://dx.doi.org/10.5751/es-06915-190432
Cenário A
Agricultura
Cenário B
Indústria e
pastagem
Reference: National Institute of Hydrology. Decision Support System Planning DSS (P) for Integrated River Basin Planning & Management. Awareness Workshop
January 28 – 29, 2014. (slideshare.net/hydrologyproject2/tools-for-water-resources-planning-decision-support-system-planning-dss-p-nih)
SNIRH – Sistema Nacional de
Informações sobre Recursos Hídricos
http://www.snirh.gov.br/
•Modelagem Hidrológica
Vazão dos rios
Fluxos de água subterrânea
Qualidade das águas
Inundação
Uso da água
Gestão de reservatórios
https://www.dhigroup.com/global/news/2009/2/2/openmiforclimatemodelling
Exemplos de Ferramentas de Auxílio à Decisão
Modelos Hidrológicos – Balanço Hídrico
Chuva Evapotranspiração
Escoamento
Superficial
Escoamento
Subterrâneo
Armazenamento
Entrada
Chuva
Temperatura
Tipo de vegetação
Tipo de solo
Tipo de rocha
Saída
Vazão dos rios
Fluxos subterrâneos
Espacializando o
modelo hidrológico
Modelagem Hidráulica
Entrada
Vazão dos rios
Geometria dos canais
Atrito da superfície
Saída
Velocidade da água
Área e volume alagado
Vazão
Geometria
do Canal
Área Inundada
Modelo Hidrológico
Modelagem
Hidráulica
Mapa de
inundação
Combinação de modelos
Hidrológico e Hidráulico
26
•Modelagem Convencional
•Estimativa da vazão disponível
•Foco em sistemas naturais
Aumento da pressão humana
sobre os sistemas hídricos
Necessidade de modelar a
demanda por água
• Desenvolvido pelo Stockholm Environment Institute
• Mais importante instituição de pesquisa na área de meio ambiente em 2016
(Ranking Think Thank to Go)
• 39 projetos de pesquisa registrados usando WEAP até 2017
• Mais de 250 artigos acadêmicos publicados até 2017
http://www.weap21.org/index.asp?action=205
http://www.weap21.org
WEAP – Water Evaluating and Planning System
•Licença gratuita para estudantes, organizações
acadêmicas, instituições governamentais e ONGs em
países em desenvolvimento
Critério do Banco Mundial: país com renda per capita anual até
US$12,475
Brasil: US$8,678 em 2015
•Registro online: http://www.weap21.org
Caso haja problemas, entrar em contato no e-mail
licensing@weap21.org
•A versão de avaliação permite gravar apenas pequenos
projetos
http://www.weap21.org
Principais usos do WEAP
•Base de dados para balanço hídrico de
Disponibilidade X Demanda
•Modelagem de cenários de
Disponibilidade X Demanda
•Análise de alternativas de políticas públicas
WEAP – Water Evaluating and Planning System
• Modelagem de Disponibilidade
 Geração de escoamento
superficial
 Aquíferos subterrâneos
 Derretimento de neve e geleiras
 Qualidade da água
 Reservatórios
 Transposições de bacia
 Barraginhas de infiltração
• Modelagem de Demanda
 Demanda de uso
 Demanda de hidroeletricidade
 Requerimentos de vazão
ecológica
 Prioridades de alocação
 Poluição
 Estações de tratamento de água
 Análises de custo-benefício
 Cobrança pelo uso da água
•Cenários integrando disponibilidade e demanda
 Diferentes políticas públicas
 Diferentes cenários climáticos-hidrológicos
Processo de Modelagem no WEAP
Definir a área de estudo e
a resolução temporal
Criar sua “conta atual”
Criação de cenários
futuros
Análise dos Resultados
Preparando para usar o WEAP
• No menu iniciar do Windows, digite “Região”
• Mude o formato para “Inglês (Estados Unidos)”
Registrando o WEAP
•Abra o software WEAP
•Crie a pasta para os projetos do WEAP
Registrando o WEAP
•Aceite os termos de licença
Registrando o WEAP
•Clique em “Yes” para registrar o software
Registrando o WEAP
•Digite o seu nome de usuário e o código de registro
Registrando o WEAP
•“OK”
•Digite suas iniciais
Registrando o WEAP
•Digite seus dados
Opcional
Usado para registro (metadados)
Registrando o WEAP
•“No”, para pular as telas de ajuda
Interface Inicial do WEAP - Esquema
Alterando a linguagem
Dados
Resultados
Explorador de Cenários
Notas
Criando uma nova área
•Retorne à tela de esquema (Schematics)
•Menu Area -> Create Area
Criando uma nova área
• Name = SBC
• Create from -> Initially blank
• Não gravar alterações em “Weaping River Basin”
Criando uma nova área
• “Ok”
• Selecione os limites
•Schematic -> Add Raster Layer
•Adicione o arquivo “landsat8_SBC_WGS84.tif”
Criando uma nova área
•Schematic -> Add Vector Layer
•Adicione o arquivo “limite_municipal_SBC_WGS84.shp”
Criando uma nova área
Criando uma nova área
Criando uma nova área
•Você pode redefinir a extensão da área no menu
Schematic -> Set Area Boundaries
Criando uma nova área
•Adicione também o arquivo “hidrografia_SBC_WGS84.shp”
Gravando sua área
Abrindo uma área existente
•Area -> Open -> Tutorial
• General -> Years and Time Steps
•Area -> Save Version
Adicionando Elementos ao nosso Esquema
• Na tela Schematic, clique no ícone “River” e arraste até o inicio do rio principal
• Em seguida, vetorize de forma simplificada o rio, passando pela cidade principal
Adicionando Elementos ao nosso Esquema
•Ao terminar, dê um nome para o seu rio
Adicionando Elementos ao nosso Esquema
•Clique com o botão direito do mouse sobre o rio e
selecione “Move Label”
Adicionando dados para o Rio
•Clique na aba Data
•Na árvore, navegue em:
• Supply and Resources -> River -> Rio Principal
•Inflows and Outflows -> Headflow
•No valor de vazão para o ano 2000, clique na seta para
baixo e escolha “Monthly Time-Series Wizard”
Adicionando demandas de água
• Tela Schematic
• Clique e arraste o ícone de círculo vermelho (Demand Site) para a área urbana
Adicionando demandas de água
• Nomeie sua cidade
• Clique com o botão direito do mouse sobre o ponto de demanda e selecione
“Move Label” para reposicionar o texto no mapa
•Clique com o botão direito do
mouse no ponto da cidade
•Edit Data -> Annual Activity Level
•Em Unit, clique na seta para baixo e selecione “People”
•Abaixo da coluna “2000”, escreva “800000”
(oitocentos mil)
•Na aba “Annual Water Use Rate”, na coluna
“2000”, escreva “300”
•Na aba “Consumption”, na coluna “2000”, escreva “15”
• Aba Schematic
• Clique e arraste o ícone de círculo vermelho (Demand Site) para agricultura
• Nomeie como Agricultura, com prioridade de demanda 1 (igual à área urbana)
• Data -> Demand Sites -> Agricultura
• Water Use -> Annual Activity Level
• Unit -> Area -> Hectares
•Abaixo da coluna “2000”, escreva 100000 (cem mil)
•Aba “Annual Water Use Rate”
•Abaixo da coluna “2000”, escreva 3500
•Aba “Monthly Variation”
•Coluna “2000”, clique na seta e selecione
“Monthly Time-Series Wizard”
•Aba “Consumption”
•Abaixo da coluna “2000”, escreva 90
• Tela Schematic
• Clique em “Transmission Link” e arraste até um trecho do rio próximo à cidade
grande
• Dê dois cliques no ponto de demanda da Cidade Grande, para conectá-la ao rio
• A jusante, faça outra transmissão para a demanda de agricultura
• Clique em “Return Flow” e arraste até o ponto da cidade grande
• Dê dois cliques no trecho do rio a jusante dos dois pontos de abastecimento
• A jusante, faça o outro fluxo de retorno vindo da agricultura
•Tela “Data”
•Árvore: Supply and Resources -> Return Flows ->
from Cidade Grande -> to Cidade Grande Return
•Confira se o “Return Flow Routing está em 100%”
•Confira o mesmo para o fluxo de retorno da
Agricultura
Resultados do Modelo
•Aba Results
•Clique em “Yes” para calcular os resultados
•Aba Table
•Water Demand -> Demand -> Water Demand
•Marque “Annual Total”
•Observe os resultados de demanda anuais
• Aba “Chart” (Gráfico)
• Water Demand -> Demand -> Coverage
• Marque “Monthly Average”
• Selecione a opção de gráfico 3D
Adicionando Pressuposições Básicas
(Key Assumptions)
•Tela “Data”
•Clique com o botão direito sobre
“Key Assumptions” e selecione “+ Add”
•Nomeia sua pressuposição como
“Unidade de Água Doméstica”
•Na coluna “Unit”, escolha Volume -> “Cubic Meters”
•Na coluna “2000”, escolha 300
•Adicione uma nova pressuposição de nome
“Unidade de Demanda de Água para Irrigação”
•Na coluna “Unit”, escolha Volume -> “Cubic Meters”
•Na coluna “2000”, escolha 3500
•Adicione uma nova pressuposição de nome
“Variação Doméstica”
•Na coluna “Unit”, escolha “No unit”
•Na coluna “2000”, clique na seta e selecione
“Monthly Time-Series Wizard”
Observação: use ponto final “.” como separador decimal
•Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande”
•Water Use -> Annual Water Use Rate
•Na coluna 2000, clique na seta e selecione
“Expression Builder”
• Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (300)
• Aba “Branches”
• Árvore: “Key Assumptions”
• Clique em “Unidade de Uso da Água Doméstica” e arraste para a caixa de texto
• Clique em Verify e veja que acrescentou-se a expressão [m^3]
•Árvore: “Demand Sites” -> “Agricultura”
•Water Use -> Annual Water Use Rate
•Na coluna 2000, clique na seta e selecione
“Expression Builder”
• Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500)
• Aba “Branches”
• Árvore: “Key Assumptions”
• Clique em “Unidade de Demanda de Água para Irrigação” e arraste para a caixa
de texto
• Clique em Verify e veja que acrescentou-se a expressão [m^3]
•Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande”
•Water Use -> Monthly Variation
•Na coluna 2000, clique na seta e selecione
“Expression Builder”
• Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500)
• Aba “Branches”
• Árvore: “Key Assumptions”
• Clique em “Variação Doméstica” e arraste para a caixa de texto
• Complete a expressão para ser “KeyVariação Doméstica*100/12”
• Clique em
“Verify” para
checar se a
expressão foi
digitada
corretamente
•Tela Resultados -> “Yes” para recalcular
Antigo
Novo
•Tela “Data”
•Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande”
•Water Use -> Annual Activity Level
•Na coluna 2000, clique na seta e selecione
“Expression Builder”
• Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500)
• Aba “Functions”
• Clique em “Growthfrom” e arraste para a caixa de texto
• Dados: em 1990 a população era de 733530 habitantes e desde então cresceu
1.75% por ano
• Complete a expressão para ser “GrowthFrom(1.75%, 1990, 733530)”
• Clique em “Verify”
para checar se a
expressão foi
digitada
corretamente
•Menu “General” -> “Years and Time-steps”
•Ajuste o último ano dos cenários para 2015
•Em “Key Assumptions”, adicione
“Crescimento Populacional”
•Valor de 2.2
•Scale = Percent
•Sem unidades
•Menu Area -> Manage Scenarios
•Clique em “Reference”
•É possível documentar cada cenário
•Key Assumptions ->
“Unidade de Demanda de Água para Irrigação”
•Escolha o cenário de referência
•Na coluna 2001-2015, clique na seta e escolha
“Yearly Time-Series Wizard”
•Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande”
•Data for: Reference (2001-2015)
•Water Use -> Annual Activity Level
•Na coluna “2001-2015”, clique na seta e selecione
“Expression Builder”
• Apague a função
anterior
• Aba Functions ->
Growth
• Aba Branches
• Árvore: Key Assumptions -> Crescimento Populacional
• Expressão final: Growth(KeyCrescimento Populacional/100)
• Verify
•Tela Results
•Aba Chart
•Demand -> Unmet Demand
•Marque “Annual Total”
•Clique em 3D
•Tela Data
•Menu “Area” -> “Manage Scenarios”
•Clique com o botão direito no cenário
Reference e selecione “Add”
•Nomeie o novo cenário como
“Alto crescimento populacional”
•Key Assumptions -> Crescimento Populacional
•Data for: Alto Crescimento Populacional
•Coluna “2001-2015”: mude para 5
•Tela Results
•Demand -> Wate Demand
• Branch -> Demand Sites -> Cidade Grande
• All Scenarios
•Escolha o tipo de gráfico como linha (Line)
• Escolha Unmet Demand
• Demand sites: Cidade Grande
• Tela Data
• Árvore: Hydrology -> Water Year Method
• Cenário: Reference
• Aba Definitions
• Especifique a vazão nos tipos de ano hídrico conforme a figura
•Verifique se para as contas atuais
(Currents Accounts) o ano hídrico está marcado
como “Normal”
• Cenário:
Reference
• Aba:
Sequence
• Especifique a
sequência de
anos abaixo
•Árvore Supply and Resources -> River -> Rio Principal
•Data for: Reference
•Get Values from: Water Year Method
•Tela Results
•Tela Data
•Menu “Area” -> “Manage Scenarios”
•Clique com o botão direito no cenário
Reference e selecione “Add”
•Adicione o cenário “Clima mais seco”
• Tela Data
• Árvore: Hydrology -> Water Year Method
• Data for: Clima mais seco
• Aba Sequence
• Edite a sequência de vazão conforme a figura abaixo
•Menu Areas -> Manage Scenarios
•A partir do cenário “Clima mais seco”, adicione um novo
cenário com de nome
“Clima mais seco com alto crescimento populacional”
• Árvore: Key Assumptions -> Crescimento Populacional
• Data for: Clima mais seco com alto crescimento populacional
• Coluna “2001-2015”: mude para 5
•Tela Results
Para continuar aprendendo
• Tutorial oficial do WEAP
 www.weap21.org/Tutorial/
• Manual do WEAP
 http://www.weap21.org/index.asp?action=208
• Videos
 http://www.weap21.org/index.asp?action=220
• Conteúdos em inglês e espanhol
•Desenvolvido pelo Institute for Water Education,
da UNESCO
•Simulação de uma bacia hidrográfica com o
sistema WEAP
•Técnica de avaliação de impactos ambientais
ELOHA da The Nature Conservancy (TNC)
•Baseado em dados reais da bacia Magdalena-
Cauca, da Colômbia
http://simbasin.hilab.nl/en/index.html
Bacia do Rio Magdalena-Cauca
Colômbia
http://www.megatimes.com.br/2013/11/rio-magdalena.htmlhttp://www.oocities.org/espanol/magangue2001/riomagdalena.htm
Modelo WEAP
Modelo WEAP
•Ambiente do Jogo – Planilha do Excel
•WEAP aberto no fundo, em conexão com a planilha
•Escolha da linguagem
•Clicar em “Novo Jogo”
para começar
Interface de Jogo
Painel de
Indicadores
Painel de
Indicadores
•Ano da simulação
•Nome da bacia
•Verba para pesquisas
•Pontos perdidos até o
momento
Painel de
Indicadores
•Chuva
Variação entre clima
seco ou úmido
•População
Simula o crescimento
populacional
Painel de
Indicadores
Variação Possível
Zona de falha
Valor Real
Painel de
Indicadores
Inundação
Cidades de
Menestrey e Alloa
• Modelagem de volume
inundado no WEAP
• Exemplo de escolhas:
 Construir diques
 Fazer by-pass
(canal de escoamento)
 Reservatórios
anti-inundação
 Relocar cidade
 Alterações de uso do solo
Painel de
Indicadores
Produção agrícola
• Demanda aumenta
com o aumento
populacional
• Produção depende da
quantidade de chuva
• Exemplos de escolhas
 Novos projetos agrícolas
 Intensidade de produção
 Proteção de áreas
naturais
Painel de
Indicadores
Produção
Hidroelétrica
•Demanda aumenta
com o crescimento
populacional
•Produção depende da
quantidade de chuva
•Exemplo de decisões
Construir novas
hidroelétricas
Reformar hidroelétricas
Painel de
Indicadores
Saúde dos Rios
• Método ELOHA da The
Nature Conservancy
• Fragmentação dos rios
(por barramentos),
impede a migração dos
peixes e fluxo de
sedimentos
• Alteração da vazão
natural dos rios, por
hidrelétricas e alteração
do uso do solo, também
diminui a saúde dos rio
Painel de
Indicadores
Florestas e
Áreas Úmidas
remanescentes
•Baseado na
porcentagem da
vegetação nativa
•Exemplo de escolhas
Criar áreas protegidas
Regenerar áreas
degradadas
Expandir projetos
agrícolas
Painel de Decisões
Pesquisando projeções futuras
Integração entre a interface, a planilha e o WEAP
Tomada de Decisões Atualização do Mapa
Simulação no WEAP
Atualização do Painel de Indicadores
•Ao fim do jogo, clicar em “Mostrar Risco”
Obrigado!
Vitor Vieira Vasconcelos
Universidade Federal do ABC - UFABC
vitor.vasconcelos@ufabc.edu.br

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WEAP (Water Evaluating and Planning System) e SimBasin

  • 1. Vitor Vieira Vasconcelos 26 de junho de 2017 Universidade Federal do ABC
  • 2. Objetivos •Compreender como ferramentas de auxílio à decisão podem ser utilizados na gestão de recursos hídricos •Adquirir conhecimentos básicos sobre simulação de cenários de disponibilidade e demanda de recursos hídricos no sistema WEAP •Refletir sobre os efeitos das decisões de planejamento territorial sobre as bacias hidrográficas
  • 3. Conteúdo •Ferramentas de Auxílio à Decisão para Gestão de Recursos Hídricos •Prática com o sistema WEAP •Prática com o jogo SimBasin
  • 4. Histórico da Gestão de Recursos Hídricos •Fatores de Pressão sobre os Recursos Hídricos Agricultura Irrigada o70% do uso consumptivo Urbanização oConcentração espacial do consumo e da poluição Mudanças de uso do solo oAlteração do ciclo das águas •Gestão de Recursos Hídricos o Monitoramento de Disponibilidade vs. Demanda o Autorização para uso ou poluição das águas
  • 5. Gestão Integrada de Recursos Hídricos Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000. (http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf) Sociedade Gestão das Águas Gestão de outros recursos naturais ligados ao ciclo da ága Ex: Uso do solo e vegetação Pesca Energia Recursos Minerais Maximizar Crescimento Econômico Bem-Estar Social Demaneiraequitativa! Sustentabilidade Ambiental Objetivos
  • 6. Princípios da Gestão Integrada de Recursos Hídricos 1. A água é um recurso finito e vulnerável 2. Abordagem Participativa 3. Consideração de Gênero 4. Valoração econômica e social da água 5. Integração dos 3 E – eficiência econômica, equidade social e sustentabilidade ecossistêmica International Conference on Water and the Environment (ICWE) in Dublin, Ireland, on 26-31 January 1992. http://www.wmo.int/pages/prog/hwrp/documents/english/icwedece.html
  • 7. Ciclo da Gestão Integrada de Recursos Hídricos Definição de objetivos Análise de Lacunas DiagnósticoImplementação Monitoramento e Avaliação Estratégia e plano de ação
  • 8. O que são ferramentas de auxílio à decisão? Procedimentos interativos, programas e bases de dados para auxiliar a tomada de decisão
  • 9. Como as ferramentas de auxílio à decisão podem auxiliar no ciclo de Gestão Integrada de Recursos Hídricos? Definição de objetivos Análise de Lacunas DiagnósticoImplementação Monitoramento e Avaliação Estratégia e plano de ação
  • 10. Ferramentas de auxílio à decisão para ajudar a entender a integração… nos sistemas naturais: •entre terra e água •entre chuva, águas superficiais e águas subterrâneas •entre quantidade e qualidade das águas •entre montante e jusante das bacias hidrográficas •entre sistemas de água doce e sistemas costeiros Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000. (http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf)
  • 11. Ferramentas de auxílio à decisão para ajudar a entender a integração… entre sistemas naturais e sociais: •demanda pela água •trade-off entre água-energia-alimento •efeitos econômicos dos cenários de recursos hídricos Reference: Integrated Water Resources Management. Global Water Parnership – GWP. 2000. (http://www.gwp.org/globalassets/global/gwp-cacena_files/en/pdf/tec04.pdf)
  • 12. Funções das ferramentas de auxílio à decisão •Organizar dados (bancos de dados) •Visualizar dados •Análise •Modelagem de sistemas •Comunicação
  • 13. Reference: eWater Source — Australia's national hydrological modelling platform (http://www.ewater.com.au/products/ewater-source/) Quais serão os efeitos das mudanças climáticas? O que acontecerá se implantarmos um novo projeto de irrigação? Se desmatarmos uma área, quais serão os efeitos na vazão dos rios e no aporte de sedimentos ? Se construirmos um novo reservatório, quais serão os custos e benefícios? Considerando o crescimento urbano esperado, quando ocorrerá conflito com os usos de água a montante? Se mudarmos para outra cultura agrícola, quais serão os efeitos nos aportes de sedimento? Usos das ferramentas de auxílio à decisão
  • 14. • Sistemas de Informação Geográfica • Modelos Hidrológicos • Modelos climáticos Exemplos de Ferramentas de Auxílio à Decisão Spatial Analysis of flow Accumulation in Ayeyarwady Delta. In: Theilen-Willige, B., & Pararas-Carayannis, G. (2009). Natural hazard assessment of SW Myanmar-a contribution of remote sensing and GIS methods to the detection of areas vulnerable to earthquakes and tsunami/cyclone flooding. Science of Tsunami Hazards, 28(2), 108 WEAP and MODFLOW modelling. Available at: http://www.bgr.bund.de/EN/Themen/Wasser/Projekte/abgeschlossen/TZ/Acsad_dss/dss_fb_en.html Johnston, R. et al. 2010. Climate change, water and agriculture in the Greater Mekong Subregion. Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute. 60p. IWMI Research Report 136. doi:10.5337/2010.212
  • 15. Modelagem •Relações entre elementos de um sistema, com base em dados observados •Modelos são simplificações da realidade e sempre tem um erro associado interno
  • 16. Projeção •Usar o modelo para estimar informações para além dos dados observados, no espaço e no tempo •Incerteza aumenta conforme se afasta dos dados observados
  • 17. Projeção Espacial - Regionalização Locais com existência de dados Locais onde desejamos estimar os dados Quanto mais afastado dos locais com dados, maior é a incerteza
  • 18. Cenários •Examina possibilidades, mais do que previsões fixas •Usados quando incerteza da projeção é muito grande •Pode simular o que ocorrerá se tomarmos decisões diferentes KNUTTI, R. Should we believe model predictions of future climate change?. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, v. 366, n. 1885, p. 4647-4664, 2008. Observações Projeção de cenários Aquecimentoda superfícieglobal(ºC) Observações Anos
  • 19. Cenários •Pode simular o que ocorrerá se tomarmos decisões diferentes Hanspach, J., T. Hartel, A. I. Milcu, F. Mikulcak, I. Dorresteijn, J. Loos, H. von Wehrden, T. Kuemmerle, D. Abson, A. Kovács- Hostyánszki, A. Báldi, and J. Fischer. 2014. A holistic approach to studying social-ecological systems and its application to Southern Transylvania. Ecology and Society 19(4):32. http://dx.doi.org/10.5751/es-06915-190432 Cenário A Agricultura Cenário B Indústria e pastagem
  • 20. Reference: National Institute of Hydrology. Decision Support System Planning DSS (P) for Integrated River Basin Planning & Management. Awareness Workshop January 28 – 29, 2014. (slideshare.net/hydrologyproject2/tools-for-water-resources-planning-decision-support-system-planning-dss-p-nih)
  • 21. SNIRH – Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos http://www.snirh.gov.br/
  • 22. •Modelagem Hidrológica Vazão dos rios Fluxos de água subterrânea Qualidade das águas Inundação Uso da água Gestão de reservatórios https://www.dhigroup.com/global/news/2009/2/2/openmiforclimatemodelling Exemplos de Ferramentas de Auxílio à Decisão
  • 23. Modelos Hidrológicos – Balanço Hídrico Chuva Evapotranspiração Escoamento Superficial Escoamento Subterrâneo Armazenamento Entrada Chuva Temperatura Tipo de vegetação Tipo de solo Tipo de rocha Saída Vazão dos rios Fluxos subterrâneos
  • 25. Modelagem Hidráulica Entrada Vazão dos rios Geometria dos canais Atrito da superfície Saída Velocidade da água Área e volume alagado Vazão Geometria do Canal Área Inundada
  • 27. •Modelagem Convencional •Estimativa da vazão disponível •Foco em sistemas naturais Aumento da pressão humana sobre os sistemas hídricos Necessidade de modelar a demanda por água
  • 28. • Desenvolvido pelo Stockholm Environment Institute • Mais importante instituição de pesquisa na área de meio ambiente em 2016 (Ranking Think Thank to Go) • 39 projetos de pesquisa registrados usando WEAP até 2017 • Mais de 250 artigos acadêmicos publicados até 2017 http://www.weap21.org/index.asp?action=205 http://www.weap21.org
  • 29. WEAP – Water Evaluating and Planning System •Licença gratuita para estudantes, organizações acadêmicas, instituições governamentais e ONGs em países em desenvolvimento Critério do Banco Mundial: país com renda per capita anual até US$12,475 Brasil: US$8,678 em 2015 •Registro online: http://www.weap21.org Caso haja problemas, entrar em contato no e-mail licensing@weap21.org •A versão de avaliação permite gravar apenas pequenos projetos http://www.weap21.org
  • 30. Principais usos do WEAP •Base de dados para balanço hídrico de Disponibilidade X Demanda •Modelagem de cenários de Disponibilidade X Demanda •Análise de alternativas de políticas públicas
  • 31. WEAP – Water Evaluating and Planning System • Modelagem de Disponibilidade  Geração de escoamento superficial  Aquíferos subterrâneos  Derretimento de neve e geleiras  Qualidade da água  Reservatórios  Transposições de bacia  Barraginhas de infiltração • Modelagem de Demanda  Demanda de uso  Demanda de hidroeletricidade  Requerimentos de vazão ecológica  Prioridades de alocação  Poluição  Estações de tratamento de água  Análises de custo-benefício  Cobrança pelo uso da água •Cenários integrando disponibilidade e demanda  Diferentes políticas públicas  Diferentes cenários climáticos-hidrológicos
  • 32. Processo de Modelagem no WEAP Definir a área de estudo e a resolução temporal Criar sua “conta atual” Criação de cenários futuros Análise dos Resultados
  • 33. Preparando para usar o WEAP • No menu iniciar do Windows, digite “Região” • Mude o formato para “Inglês (Estados Unidos)”
  • 34. Registrando o WEAP •Abra o software WEAP •Crie a pasta para os projetos do WEAP
  • 35. Registrando o WEAP •Aceite os termos de licença
  • 36. Registrando o WEAP •Clique em “Yes” para registrar o software
  • 37. Registrando o WEAP •Digite o seu nome de usuário e o código de registro
  • 39. Registrando o WEAP •Digite seus dados Opcional Usado para registro (metadados)
  • 40. Registrando o WEAP •“No”, para pular as telas de ajuda
  • 41. Interface Inicial do WEAP - Esquema
  • 43. Dados
  • 46. Notas
  • 47. Criando uma nova área •Retorne à tela de esquema (Schematics) •Menu Area -> Create Area
  • 48. Criando uma nova área • Name = SBC • Create from -> Initially blank • Não gravar alterações em “Weaping River Basin”
  • 49. Criando uma nova área • “Ok” • Selecione os limites
  • 50. •Schematic -> Add Raster Layer •Adicione o arquivo “landsat8_SBC_WGS84.tif” Criando uma nova área
  • 51.
  • 52. •Schematic -> Add Vector Layer •Adicione o arquivo “limite_municipal_SBC_WGS84.shp” Criando uma nova área
  • 54.
  • 55. Criando uma nova área •Você pode redefinir a extensão da área no menu Schematic -> Set Area Boundaries
  • 56. Criando uma nova área •Adicione também o arquivo “hidrografia_SBC_WGS84.shp”
  • 58. Abrindo uma área existente •Area -> Open -> Tutorial
  • 59.
  • 60. • General -> Years and Time Steps
  • 61. •Area -> Save Version
  • 62. Adicionando Elementos ao nosso Esquema • Na tela Schematic, clique no ícone “River” e arraste até o inicio do rio principal • Em seguida, vetorize de forma simplificada o rio, passando pela cidade principal
  • 63. Adicionando Elementos ao nosso Esquema •Ao terminar, dê um nome para o seu rio
  • 64. Adicionando Elementos ao nosso Esquema •Clique com o botão direito do mouse sobre o rio e selecione “Move Label”
  • 65. Adicionando dados para o Rio •Clique na aba Data •Na árvore, navegue em: • Supply and Resources -> River -> Rio Principal •Inflows and Outflows -> Headflow •No valor de vazão para o ano 2000, clique na seta para baixo e escolha “Monthly Time-Series Wizard”
  • 66.
  • 67.
  • 68. Adicionando demandas de água • Tela Schematic • Clique e arraste o ícone de círculo vermelho (Demand Site) para a área urbana
  • 69. Adicionando demandas de água • Nomeie sua cidade • Clique com o botão direito do mouse sobre o ponto de demanda e selecione “Move Label” para reposicionar o texto no mapa
  • 70. •Clique com o botão direito do mouse no ponto da cidade •Edit Data -> Annual Activity Level
  • 71. •Em Unit, clique na seta para baixo e selecione “People”
  • 72. •Abaixo da coluna “2000”, escreva “800000” (oitocentos mil)
  • 73. •Na aba “Annual Water Use Rate”, na coluna “2000”, escreva “300”
  • 74. •Na aba “Consumption”, na coluna “2000”, escreva “15”
  • 75. • Aba Schematic • Clique e arraste o ícone de círculo vermelho (Demand Site) para agricultura • Nomeie como Agricultura, com prioridade de demanda 1 (igual à área urbana)
  • 76. • Data -> Demand Sites -> Agricultura • Water Use -> Annual Activity Level • Unit -> Area -> Hectares
  • 77. •Abaixo da coluna “2000”, escreva 100000 (cem mil) •Aba “Annual Water Use Rate” •Abaixo da coluna “2000”, escreva 3500
  • 78. •Aba “Monthly Variation” •Coluna “2000”, clique na seta e selecione “Monthly Time-Series Wizard”
  • 79.
  • 80. •Aba “Consumption” •Abaixo da coluna “2000”, escreva 90
  • 81. • Tela Schematic • Clique em “Transmission Link” e arraste até um trecho do rio próximo à cidade grande • Dê dois cliques no ponto de demanda da Cidade Grande, para conectá-la ao rio • A jusante, faça outra transmissão para a demanda de agricultura
  • 82. • Clique em “Return Flow” e arraste até o ponto da cidade grande • Dê dois cliques no trecho do rio a jusante dos dois pontos de abastecimento • A jusante, faça o outro fluxo de retorno vindo da agricultura
  • 83. •Tela “Data” •Árvore: Supply and Resources -> Return Flows -> from Cidade Grande -> to Cidade Grande Return •Confira se o “Return Flow Routing está em 100%” •Confira o mesmo para o fluxo de retorno da Agricultura
  • 84. Resultados do Modelo •Aba Results •Clique em “Yes” para calcular os resultados
  • 85. •Aba Table •Water Demand -> Demand -> Water Demand •Marque “Annual Total”
  • 86. •Observe os resultados de demanda anuais
  • 87. • Aba “Chart” (Gráfico) • Water Demand -> Demand -> Coverage
  • 88. • Marque “Monthly Average” • Selecione a opção de gráfico 3D
  • 89. Adicionando Pressuposições Básicas (Key Assumptions) •Tela “Data” •Clique com o botão direito sobre “Key Assumptions” e selecione “+ Add”
  • 90. •Nomeia sua pressuposição como “Unidade de Água Doméstica” •Na coluna “Unit”, escolha Volume -> “Cubic Meters” •Na coluna “2000”, escolha 300
  • 91. •Adicione uma nova pressuposição de nome “Unidade de Demanda de Água para Irrigação” •Na coluna “Unit”, escolha Volume -> “Cubic Meters” •Na coluna “2000”, escolha 3500
  • 92. •Adicione uma nova pressuposição de nome “Variação Doméstica” •Na coluna “Unit”, escolha “No unit”
  • 93. •Na coluna “2000”, clique na seta e selecione “Monthly Time-Series Wizard”
  • 94. Observação: use ponto final “.” como separador decimal
  • 95. •Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande” •Water Use -> Annual Water Use Rate •Na coluna 2000, clique na seta e selecione “Expression Builder”
  • 96. • Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (300) • Aba “Branches” • Árvore: “Key Assumptions” • Clique em “Unidade de Uso da Água Doméstica” e arraste para a caixa de texto • Clique em Verify e veja que acrescentou-se a expressão [m^3]
  • 97. •Árvore: “Demand Sites” -> “Agricultura” •Water Use -> Annual Water Use Rate •Na coluna 2000, clique na seta e selecione “Expression Builder”
  • 98. • Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500) • Aba “Branches” • Árvore: “Key Assumptions” • Clique em “Unidade de Demanda de Água para Irrigação” e arraste para a caixa de texto • Clique em Verify e veja que acrescentou-se a expressão [m^3]
  • 99. •Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande” •Water Use -> Monthly Variation •Na coluna 2000, clique na seta e selecione “Expression Builder”
  • 100. • Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500) • Aba “Branches” • Árvore: “Key Assumptions” • Clique em “Variação Doméstica” e arraste para a caixa de texto • Complete a expressão para ser “KeyVariação Doméstica*100/12” • Clique em “Verify” para checar se a expressão foi digitada corretamente
  • 101. •Tela Resultados -> “Yes” para recalcular
  • 103. •Tela “Data” •Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande” •Water Use -> Annual Activity Level •Na coluna 2000, clique na seta e selecione “Expression Builder”
  • 104. • Na caixa de texto apague o valor escrito previamente (3500) • Aba “Functions” • Clique em “Growthfrom” e arraste para a caixa de texto • Dados: em 1990 a população era de 733530 habitantes e desde então cresceu 1.75% por ano • Complete a expressão para ser “GrowthFrom(1.75%, 1990, 733530)” • Clique em “Verify” para checar se a expressão foi digitada corretamente
  • 105. •Menu “General” -> “Years and Time-steps” •Ajuste o último ano dos cenários para 2015
  • 106. •Em “Key Assumptions”, adicione “Crescimento Populacional” •Valor de 2.2 •Scale = Percent •Sem unidades
  • 107. •Menu Area -> Manage Scenarios •Clique em “Reference” •É possível documentar cada cenário
  • 108. •Key Assumptions -> “Unidade de Demanda de Água para Irrigação” •Escolha o cenário de referência •Na coluna 2001-2015, clique na seta e escolha “Yearly Time-Series Wizard”
  • 109.
  • 110.
  • 111.
  • 112. •Árvore: “Demand Sites” -> “Cidade Grande” •Data for: Reference (2001-2015) •Water Use -> Annual Activity Level •Na coluna “2001-2015”, clique na seta e selecione “Expression Builder”
  • 113. • Apague a função anterior • Aba Functions -> Growth
  • 114. • Aba Branches • Árvore: Key Assumptions -> Crescimento Populacional • Expressão final: Growth(KeyCrescimento Populacional/100) • Verify
  • 117. •Tela Data •Menu “Area” -> “Manage Scenarios” •Clique com o botão direito no cenário Reference e selecione “Add”
  • 118. •Nomeie o novo cenário como “Alto crescimento populacional”
  • 119. •Key Assumptions -> Crescimento Populacional •Data for: Alto Crescimento Populacional •Coluna “2001-2015”: mude para 5
  • 121. • Branch -> Demand Sites -> Cidade Grande • All Scenarios
  • 122. •Escolha o tipo de gráfico como linha (Line)
  • 123.
  • 124. • Escolha Unmet Demand • Demand sites: Cidade Grande
  • 125. • Tela Data • Árvore: Hydrology -> Water Year Method • Cenário: Reference • Aba Definitions • Especifique a vazão nos tipos de ano hídrico conforme a figura
  • 126. •Verifique se para as contas atuais (Currents Accounts) o ano hídrico está marcado como “Normal”
  • 127. • Cenário: Reference • Aba: Sequence • Especifique a sequência de anos abaixo
  • 128. •Árvore Supply and Resources -> River -> Rio Principal •Data for: Reference •Get Values from: Water Year Method
  • 130. •Tela Data •Menu “Area” -> “Manage Scenarios” •Clique com o botão direito no cenário Reference e selecione “Add” •Adicione o cenário “Clima mais seco”
  • 131. • Tela Data • Árvore: Hydrology -> Water Year Method • Data for: Clima mais seco • Aba Sequence • Edite a sequência de vazão conforme a figura abaixo
  • 132. •Menu Areas -> Manage Scenarios •A partir do cenário “Clima mais seco”, adicione um novo cenário com de nome “Clima mais seco com alto crescimento populacional”
  • 133. • Árvore: Key Assumptions -> Crescimento Populacional • Data for: Clima mais seco com alto crescimento populacional • Coluna “2001-2015”: mude para 5
  • 135. Para continuar aprendendo • Tutorial oficial do WEAP  www.weap21.org/Tutorial/ • Manual do WEAP  http://www.weap21.org/index.asp?action=208 • Videos  http://www.weap21.org/index.asp?action=220 • Conteúdos em inglês e espanhol
  • 136. •Desenvolvido pelo Institute for Water Education, da UNESCO •Simulação de uma bacia hidrográfica com o sistema WEAP •Técnica de avaliação de impactos ambientais ELOHA da The Nature Conservancy (TNC) •Baseado em dados reais da bacia Magdalena- Cauca, da Colômbia http://simbasin.hilab.nl/en/index.html
  • 137. Bacia do Rio Magdalena-Cauca Colômbia http://www.megatimes.com.br/2013/11/rio-magdalena.htmlhttp://www.oocities.org/espanol/magangue2001/riomagdalena.htm
  • 140. •Ambiente do Jogo – Planilha do Excel •WEAP aberto no fundo, em conexão com a planilha
  • 141. •Escolha da linguagem •Clicar em “Novo Jogo” para começar
  • 143.
  • 145. Painel de Indicadores •Ano da simulação •Nome da bacia •Verba para pesquisas •Pontos perdidos até o momento
  • 146. Painel de Indicadores •Chuva Variação entre clima seco ou úmido •População Simula o crescimento populacional
  • 148. Painel de Indicadores Inundação Cidades de Menestrey e Alloa • Modelagem de volume inundado no WEAP • Exemplo de escolhas:  Construir diques  Fazer by-pass (canal de escoamento)  Reservatórios anti-inundação  Relocar cidade  Alterações de uso do solo
  • 149. Painel de Indicadores Produção agrícola • Demanda aumenta com o aumento populacional • Produção depende da quantidade de chuva • Exemplos de escolhas  Novos projetos agrícolas  Intensidade de produção  Proteção de áreas naturais
  • 150. Painel de Indicadores Produção Hidroelétrica •Demanda aumenta com o crescimento populacional •Produção depende da quantidade de chuva •Exemplo de decisões Construir novas hidroelétricas Reformar hidroelétricas
  • 151. Painel de Indicadores Saúde dos Rios • Método ELOHA da The Nature Conservancy • Fragmentação dos rios (por barramentos), impede a migração dos peixes e fluxo de sedimentos • Alteração da vazão natural dos rios, por hidrelétricas e alteração do uso do solo, também diminui a saúde dos rio
  • 152. Painel de Indicadores Florestas e Áreas Úmidas remanescentes •Baseado na porcentagem da vegetação nativa •Exemplo de escolhas Criar áreas protegidas Regenerar áreas degradadas Expandir projetos agrícolas
  • 155. Integração entre a interface, a planilha e o WEAP Tomada de Decisões Atualização do Mapa Simulação no WEAP Atualização do Painel de Indicadores
  • 156. •Ao fim do jogo, clicar em “Mostrar Risco”
  • 157. Obrigado! Vitor Vieira Vasconcelos Universidade Federal do ABC - UFABC vitor.vasconcelos@ufabc.edu.br