III Congresso Brasileiro de Reflorestamento Ambiental Vitória - 05 a 07 de Novembro de Gunars Platais Banco Mundial

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1 III Congresso Brasileiro de Reflorestamento Ambiental Vitória - 05 a 07 de Novembro de 2014 Gunars Platais Banco Mundial

2 Proteger a terra, reduzir escorrentia de águas superficiais & melhorar a infiltração Estabilizar encostas através de curvas de nivel e terraças Integrar especies perennes, florestas, e atividades agroflorestais na paisagem Proteger todos os corregos e beira de rios (zonas ripárias) com vegetação/florestas nativas Rehabilitar todas terras degradadas Combinar a melhor ciência disponivel com as melhores praticas adaptadas à realidade local 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 3/

3 Terraceamento Terraças + Perennes Agroflorestal & Florestal p/ Serviços Produtivos e Ecosistemicos APPs com cobertura vegetativa Melhores práticas adaptadas localmente 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 4/

4 Degradação da terra Desertificação Insegurança alimentar Desenvolvimento agricola Perda da biodiversidade Mudança climática 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 5/

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7 Comportamento Impacto Impacto 2ario Impacto 3ario Colheita indevida de lenha Exploração Madeira ilegal Mau manejo do solo Sobrepastoreo Uso de terras ribeirinhas Degradação Florestal Compactação do solo Erosão Sedimentos, nutrientes, pesticidas Degradação Terras agricolas Perda Produtividade Erosão Sedimentação Poluição Perdas Produtivas Perda rendimentos Infraestrutura (PCH, Empresa de Agua) Qualidade d agua Perda rendimentos Insegurança alimentar 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 8/

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14 31.2 % da capacidade de armazenamento foi preenchido com sedimentos 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 15/

15 Desmatamento e uso para pasto Uso alternativo: Conservação Beneficios aos usuarios da terra Custos às populações rio abaixo 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 16/

17 Estação de tratamento de agua, Sasumua, Kenya 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 18/

18 Tratando contaminação: US$100,000/year Limpar sedimentos Das tomadas de agua: US$50,000/year 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 19/

20 Sedimentos Pequeno Fragmento Accumulação de sedimento Accumulação de sedimento 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 21/

21 Foto: Erick 05 Nov Fernandes 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 22/

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26 Fonte: 05 CESAN Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 29/

27 Turbidez (NTU) Prod.Quimicos Turbidez Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 30/

28 Turbidez Max para tratamento Turbidez média quase dobrou de a Turbidez máxima muitas vezes excede a capacidade da planta Fonte: 05 Espírito Nov 2014 Santo Integrated Gunars Sustainable Platais Water - Banco Management Mundial Project PAD 31/

29 Investimento adicional Custos operacionais mais altos + Custo de interrupções + Custos de bombeio mais altos Fonte: 05 Dados Nov 2014 CESAN Gunars Platais - Banco Mundial 32/

30 Desmatamento e uso para pasto Conservação Benefícios aos usuários da terra (R$) Custos às populações rio abaixo e outros (R$) Água Carbono Biodiversidade 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 33/

31 Politicas que não promovem uma abordagem da paisagem Politicas que promovem uma abordagem de paisagem Degradação Ecosistema Reabilitação/ Preservação Ecosistemas 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 34/

32 Desmatamento e uso para pasto Conservação com pago por serviço Beneficios aos usuarios da terra Pago Custos à população rio abaixo 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 35/

33 Intervenção governamental direta Métodos demonstrativos Métodos regulatórios Subsídios de curta duração (em dinheiro ou em espécie) Baixas taxas de adoção Adotado logo abandonado 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 36/

34 Intervenção governamental direta Métodos demonstrativos Métodos regulatorios Subsidios de curta duração (em dinheiro ou em especie) Baixas taxas de adoção Adotado logo abandonado 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 37/

35 Benefícios aos usuários da terra (R$) Desmatamento e uso para pasto Diferencial Conservação Conservação com pagamento por serviços Pagamento Custos às populações rio abaixo e outros (R$) Água Carbono Biodiversidade Importante! Esta lógica se repete cada ano» Precisa de pagamentos anuais» Precisa de financiamento sustentável 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 38/

39 Imposto sobre combustivel Tarifa d água Contratos individuais com usuarios de água Financiamento de carbono Fundo para a Conservação da Biodiversidade 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 42/

40 Costa Rica: PSA 1997 Colombia: Valle del Cauca ~1995 Em implantação Proposta Concluído Sem dados Programas nacionais Programas estaduais no Brasil Fonte: Camhi e Pagiola, Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 44/

41 Peugeot Poco de Carbono Genesis Pipiripipau Emas-Taquari Monte Claros MPPB Oásis Apucarana Programas de PSA Água Programas de PSA Carbono Programas PSA estaduais Manancial Vivo AES-Tietê Plantar Guandu Extrema ACAG PdA-PCJ Projeto Oásis Joinville Camboriú Florestas para Vida 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 50/

42 Peugeot Poco de Carbono Genesis Pipiripipau Emas-Taquari Monte Claros MPPB Programas de PSA Água Programas de PSA Carbono Programas PSA estaduais Oásis Apucarana Manancial Vivo AES-Tietê Plantar Guandu Extrema ACAG PdA-PCJ Projeto Oásis Joinville Camboriú Florestas para Vida 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 51/

43 Bolsa Floresta (AM) Pagamento por familia Peugeot Poco de Carbono Genesis Mina d Água (SP) Implementação pelas autoridades locais Oásis Apucarana Programas de PSA Água Programas de PSA Carbono Programas PSA estaduais Manancial Vivo Pipiripipau Emas-Taquari AES-Tietê Monte Claros Plantar Guandu Extrema ACAG PdA-PCJ Projeto Oásis Joinville Camboriú MPPB Florestas para Vida 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 52/

44 Área de Atuação: Bacias dos Rios Jucu e Santa Maria da Vitória Municípios de Cabeceira dos rios Santa Maria de Jetibá Santa Leopoldina Domingos Martins Marechal Floriano 300 propriedades rurais distribuídas nos 04 municípios Relevância para a conservação da biodiversidade: Boa cobertura vegetal (+ 40%), mas fragmentada Importância estratégica para o desenvolvimento do Estado: Fornecimento de água para a Grande Vitória (~ 50% população do estado) 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 54

45 Área de atuação do projeto Bacia Hidrográficas do Rio Santa Maria da Vitória e do Rio Jucú Municípios de Domingos Martins, Marechal Floriano, Santa Leopoldina e Santa Maria de Jetibá 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 55

48 São Sebastião de Cima Rio do Meio S. Paulinho de Aracê Rio Fundo 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 58

49 Capital: Vitória Area: 46,095 km 2 Pop: 3,885,049 Forest Cover: 11%

50 Rio Santa María da Vitória Vitória Rio Jucu

51 Santa Maria de Jetiba HE Rio Bonito HE Suiça Rio Santa Maria da Vitória Santa Leopoldina Santa Maria Carapina Braço Norte Cariacica Vitória Rio Jucu Braço Sul Domingo Martins Cobi Valle da Esperança Viana Caçaroca 6.7 m 3 /sec 1.4 million Marechal Floriano Vila Velha Water intake Water treatment plant Dam Guarapari

52 Increased biodiversity Increased water infiltration in the soil Reduced levels of water turbidity Flow regularization

53 Source: CESAN 5 Affluents UHE Suíça Centro de Santa Leopoldina CESAN water intake

54 Santa Maria de Jetiba HE Rio Bonito HE Suiça Rio Santa Maria da Vitória Santa Leopoldina Santa Maria Carapina Braço Norte Rio Mangaraí watershed Population 3000 Área Rio Jucu (ha) Domingo Martins Farm size (ha) 25 Braço Sul Marechal Floriano Cariacica Vitória Cobi Valle da Esperança Viana Caçaroca Vila Velha Water intake Water treatment plant Dam Guarapari

55 Source: CESAN Rio Mangaraí Rio Santa Maria da Vitória

56 Two projects: Florestas para a Vida (P094233) Integrated Sustainable Water Management Project (P130682) Ecological Economic Zoning/Spatial analysis Hydrological model of watersheds Design of payment system Short-term payments for restoration Long-term payments for conservation Up front costs

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59 Lesson learned: Shortage of reliable data at appropriate scale, generated inconsistent results Being reviewed

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77 GEOSPATIAL GATEWAY FOR ENVIRONMENTAL RESOURCES By River Basin Observations, Measurements, Models CLIMATE FORCING Rainfall, Temp, Radiation, Wind Local met records Satellite data Reanalysis Regional Climate Models IPCC Scenarios WATERSHEDS TO BASINS Nested scales Topography/DEM River networks & riparian Soils (depth, texture, fertility) Landuse/cover, Functional attributes Biodiversity gradients Infrastructure LANDSCAPE PRODUCTION Field to Landscape Annual crops, Pastures, trees, incl biofuels Agricultural Models Industrial WATER MOVEMENT Field to landscape to basins Soil moisture, infiltration, ET, runoff Stream/river flow Dams, reservoirs Irrigation Environmental flows Recreational flows MATERIAL LOADING Fields to Rivers to Coastal Sediment erosion & transport Dissolved chemicals Outgassing A S S E T V A L U E S DECISION SUPPORT SYSTEMS Integrated Policy Planning Budgeting

78 CONCEPTUAL PROCESS INFORMATION The Data Modules BRING INFORMATION TO LIFE The Models and Calculations TARGET END PRODUCTS Output Variables Political Boundaries GHG Emissions Rs Climate E E1 Es L S RL tg Hydroelectric Infrastructure Landcover Soils y Q Q R B Agriculture Productivity Floods & Droughts Topography Soil Moisture

79 GEOSPATIAL/PROCESS-BASED HYDROLOGY/LANDSCAPE MODELS VIC Variable Infiltration Capacity Meso/Macroscale DHSVM Distributed Hydrology Soil Vegetation Model Micro/Mesoscale

80 CYBER INFRASTRUCTURE Soils Landcover Climate Water Resou rces Boundaries Topography 2000 Dynamic Information Framework Energy Cultural Values 2060 Sensors & Instruments Data Archive Metadate Registry GIS Mapping, Translation Earth System Models Simulation Resource Planning Scientific Visualization Media Archive

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84 Supported Modalities Standing Forests Agroforestry System Restoration Planting Silvopastoral System Natural Regeneration Managed Forest The rural producer can be paid for multiple modalities simultaneously

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87 Getting the science right Getting the institutions right

88 Marco de Informacao Dinamica

89 Biophysical, Economic, Political, Social Richey, Gillison, and Fernandes, 2007

90 DIF = MID [Marco de Informacao Dinamica] Process of creating the model provides an integration of data from multiple sources (of interest to all stakeholders) Provides quantitative baselines and an instrument for analysis of complex interdependent Problems. Provides a means for interpolation of sparse data. Also, provides the basis for crossscale/ upscaling analyses. Provides a foundation for scenarios 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 100

91 Decision Support Systems (DSS) Sistemas de Apoio para Tomador de Decisao

97 Basin Cell Ground surface Soil column Vertical Unsaturated Flow Quickflow from Impervious Surfaces Saturated Subsurface Flow C soilwater Overland Flow Segment i Channel Segment Flow C runoff Q runoff C i,in Q inflow Q subflow Channel Segment Flow C i Q outflow 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 107/

100 The Framework Earth System Models Geospatially-Explicit/Process-Based, Coupled landscape, climate, hydrology & biogeochemistry Climate Movement of water, energy, and carbon (e.g. VIC, CLM ) GHG Emissions Infrastructure Landcover, Biodiversity Soils y E E1 Es L Q S RL Rs tg R Agriculture Productivity Floods & Droughts Q B Evapotranspiration Boundaries Topography Soil Moisture

101 APPLY VIC: DEFINE THE BASINS AND RIVER NETWORKS 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 111/

102 Soil Data Preparation Soil Physical Properties were obtained from the FAO Soil Program Bulk Density Sand/Clay content. From sand and clay content, each 1/12 degree pixel grid cell is assigned to one of the twelve FAO soil textural classes Soil hydrologic parameters estimated from the USDA soil texture class, following Schaake (2000). - Porosity - Saturated Hydraulic Conductivity - Field Capacity - Wilting Point Soil depths are taken as 10, 20 and 120 cm as initial guess for the layers one to three respectively. They were changed after calibration of simulated to observed flows. Other soil parameters are either computed from those already obtained ; for instance, particle density computed from Bulk density and porosity or recommended values from previous studies are used 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 112/

103 Landcover (& Attributes) Preparation Primary: NSSC s SPOT Matching vegetation classes and their attributes to those used previously by the UW group for the Mekong accelerated the process of data set-up. Secondary: MODIS 2003 (MOD12Q1 Land Cover Product (MODIS/Terra Land Cover 96 Day L3 Global 1 km ISIN Grid - IGBP land cover classification) was used for areas that fell outside of the country boundaries for the 17 basins. The percentage of different land cover area for every 1/24 degree cell size of analysis was then extracted for use with the VIC model input. 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 113/

104 TRMM rainfall (1/4 o at 3-hour) intervals VIC requires P, Tmax, Tmin, W Monthly P : Univ Delaware gridded, adjusted for gauge under catch, and orography Tmax,min: CRU East Anglia W: NCEP-NCAR reanalysis Daily Variability: Daily variability of NCEP/NCAR used to create daily P and T data, controlled by monthly CRU (for T) and Udel (for P) as control. Spatial Interpolation The data prepared using the above mentioned steps are of 0.5 degree resolution. Those data were interpolated to 1/24 grid cells using inverse distance interpolation. the SYMAP algorithm (Shepard, 1984) to obtain daily time series of precipitation and maximum and minimum temperature for each grid cell. Temperature data were interpolated using a lapse rate of -6.5 C per km to adjust temperature from the 0.5 degree grid cell to each elevation of the 1/24 grid cell. 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 114/

105 12-Station FLOW CALIBRATIONS 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 115/

108 -14% -7% -12% -5.8% -3.6% -7.2% -6.2% -3.1% -1.8% -3.6% Streamflow Change (%) +45% L. Prab. Nakhon Phanom Mukdahan Pakse Stung Treng 60 Dry Season 40 20% regulation Dry Season 20 10% regulation -10% +31% -20% -4.8% -2.4% +22% +20% +31% +15% +14% +12% +9% +29% +18% +41% +23% +62% C. Saen Vientiane Hydrology to Hydropower (Mekong example) 0 Wet Season 10% regulation -20 Wet Season 20% regulation Channel Distance (km) Bayenne 05 et Nov al in 2014 prep. Gunars Platais - Banco Mundial 118/

109 Infraestrutura Cyber Landcover Climate Soils Water Resources Boundaries Topography Dynamic Information Framework 2020 Energy Biodiversity 2060 Sensors & Instruments Data Archive Metadata Registry GIS Mapping & Translation Earth System Models Simulation Resource Planning Scientific Visualization Media Archive 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 119/

111 MOVING TOWARDS DIF-IN-THE CLOUD Microsoft Azure for Research 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 121/

112 MOVING TOWARDS DIF-IN-THE CLOUD Central Asia WBG/GWP Tashkent, Oct 14-16, 2014 Model Faculty Meeting & Pilot Training Strengthening Model Capacity for IWRM run by tunneling in via ssh ssh -X -Y

113 MOVING TOWARDS DIF-IN-THE CLOUD

114 cs Muito obrigado! 05 Nov 2014 Gunars Platais - Banco Mundial 124/