CENÁRIOS DE QUALIDADE DA ÁGUA E ADAPTAÇÃO BASEADA EM ECOSSISTEMAS SIMULADOS EM MODELO ECOHIDROLÓGICO

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1 CENÁRIOS DE QUALIDADE DA ÁGUA E ADAPTAÇÃO BASEADA EM ECOSSISTEMAS SIMULADOS EM MODELO ECOHIDROLÓGICO Denise Taffarello, Guilherme Samprogna Mohor, Felipe Augusto Arguello de Souza, Maria do Carmo Calijuri, Eduardo Mario Mendiondo Escola de Engenharia de São Carlos Universidade de São Paulo (EESC/USP) taffarellod@gmail.com 1. Introdução A disponibilidade e, em particular, a qualidade dos recursos hídricos no Brasil é prejudicada em função da poluição e degradação, decorrentes dos desafios relacionados à água no Antropoceno (Magurran, 2016; Crutzen, 2002). Aplicações de modelos de bacias hidrográficas para estimar qualidade e quantidade de recursos hídricos são essenciais para compreender mecanismos dinâmicos e complexos que ocorrem em escalas de bacia. O uso do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) para estudos de qualidade da água ainda é raro no Brasil, sendo que apenas um dentre vinte estudos avaliam nutrientes na água (Bressiani et al., 2015). A escassez de modelagem qualitativa, que considere aspectos de ecohidrologia, limita a criação ou o aprimoramento de políticas públicas relativas aos serviços ecossistêmicos. Este trabalho objetiva comparar cenários de qualidade da água sob diferentes usos do solo, sendo que um dos cenários incorpora resultados hipotéticos da conservação e restauração da mata ciliar decorrentes de projetos de pagamentos por serviços ambientais de proteção às bacias hidrográficas, como um método da abordagem de adaptação baseada em ecossistemas (ecosystem-based adaptation, EbA) (BFN/GIS, 2013; CBD, 2010). 2. Metodologia A área de estudo compreende a região do Sistema Cantareira que drena para o rio Piracicaba, as cabeceiras da bacia do Piracicaba. Em 2014, a cobertura nativa da floresta era de 10% em Extrema, 12% em Joanópolis e 21% em Nazaré Paulista (INPE/SOS Mata Atlântica, 2016). Utilizando o modelo de distribuição espacial SWAT, cargas de nitrato, fósforo total e sedimentos foram modeladas para bacias subtropicais cujas áreas de drenagem variam de 12 até 936 km². Estas bacias são abrangidas pelos programas Produtores de Água/PCJ e Conservador das Águas, ambos de pagamento por serviços ambientais (PSA) (Padovezi et al., 2013; Taffarello et al., 2016a; Extrema, 2015). Presumindo a continuidade destes programas, consideramos três modelos de uso e ocupação do solo, sem considerar mudanças

2 climáticas: (i) cenário passado (S1), com histórico de uso e ocupação do solo durante 1990; (ii) cenário atual (S2), considerando uso do solo para o período de como a condição atual; e (iii) cenário futuro (S2 + EbA), considerando cobertura florestal nas áreas de proteção permanente que poderão ser recuperadas por meio do EbA, de acordo com o Plano de Bacia do rio Piracicaba-Capivari-Jundiaí até o ano de Três cenários foram testados sob observações de chuva e evapotranspiração do período , considerando a situação especial de escassez hídrica entre 2013/15 na série histórica (Taffarello et al., 2016b). Os principais componentes do ciclo hidrológico foram simulados, e os recursos hídricos foram quantificados para escala de sub bacias, na base de tempo mensal. A lixiviação de nutrientes em água doce foi simulada em escala espacial mais refinada, a Unidade de Resposta Hidrológica (URH), produzida a partir da combinação de altitude, tipo de solo e tipo de uso e ocupação do solo. Adicionalmente, estimamos a Pegada Hídrica Cinza (PHC) para o nitrato (NO3), total fósforo (TP) e sedimentos. A calibração hidrológica quantitativa usou dados mensais de precipitação do período , atingindo um coeficiente Nash-Sutcliffe médio de 0,8, isto é bom, segundo Moriasi et al. (2007). As simulações foram realizadas com parametrização dados quanti-qualitativos obtidos no monitoramento ecohidrológico (Taffarello et al., 2016b), de forma a reduzir incertezas e facilitar interpretação dos resultados da modelagem. Em seguida, foram obtidos, de diversas fontes, e selecionados dados dos reservatórios de Jaguari-Jacareí, Cachoeira e Atibainha (Taffarello, 2016). Para a delimitação das bacias utilizou-se ArcSWAT. Foram delimitadas, de forma automática, 17 áreas de estudos, além dos 3 reservatórios, isto é, 20 sub bacias, com um limiar de 710ha. 3. Resultados e Discussão Boas práticas de manejo (BPM), especialmente ações de conservação e restauração, foram simuladas, conforme mapa de usos do solo proposto por Guimarães et al (2015). Os três cenários S1, S2 e S2+EbA resultaram em diferentes valores para cada uma das 20 sub bacias (Figura 1). No entanto, ao avaliarmos as curvas de permanência quali-quantitativas, observamos dois comportamentos diferentes. Comportamento 1: apresenta redução da produção de água em 2010, quando comparada aos valores de 1990, sendo que os valores previstos para o ano 2035 deve ultrapassar os níveis de produção de água de Comportamento 2: apresenta a redução da produção de água entre 2010 e 2035, e não será possível recuperar valores próximos de produção de água em relação ao ano de Uma possível justificativa para o comportamento 1 pode ser atribuída às BPM para recuperação das florestas, as quais ainda não teriam atingindo elevadas taxas de evapotranspiração,

3 correspondentes ao estágio clímax da floresta. O comportamento 2 pode ser justificado por várias razões, tais como o tipo de bacia, dimensões das bacias, baixa umidade do solo local (latosolo vermelho-amarelo), que não favorece altas taxas de evapotranspiração, além de fatores complexos como imprevisibilidade, não linearidade e incertezas. Figura 01 - Curvas de permanência simuladas para três cenários de mudanças de usos do solo: S1 (1990), S2 (2010) e S2+EbA (2035) para 20 sub bacias das cabeceiras do Sistema Cantareira. Fonte: Taffarello (2016). Quanto aos aspectos qualitativos, avaliamos a evolução da pegada hídrica cinza (PHC) para as cargas de nitrato, fósforo total e sedimentos (Figura 2). Para o nitrato, as concentrações nas amostras foram baixas (ver Taffarello et al., 2016b), e as PHC encontradas em todas as sub bacias foram muito baixas, variando de 0,11 L/s por km² (sub bacia Atibainha, cenário S2) até 2,83 L/s por km² (no Portal das Estrelas, intermediário, sub bacia Posses). Com relação ao fósforo total, as curvas de permanência apresentaram disparidades. O modelo SWAT mostrou decréscimo na PHC para TP em todas as sub bacias em 1990, 2010 e Por fim, salientamos que cada sub bacia deve ser analisada individualmente por apresentar particularidades e enfatizamos que resultados para NO3, TP e sedimentos permitiram inferir uma regionalização para as cargas de nutrientes. Figura 02 - Produção de água comprometida para PHC de nitrato, TP e sedimentos. Fonte: Taffarello (2016).

4 4. Conclusões Com base em experimentos de campo, laboratório e simulação quali-quantitativa sob diferentes cenários, incluindo opções EbA associadas às BPM, os resultados evidenciam relações não-lineares entre uso e ocupação do solo, produção de água, pegada hídrica cinza para nitrato, fósforo total e sedimentos, os quais afetam irreversivelmente a poluição dos recursos hídricos. Os resultados mostraram que a natureza intrínseca das curvas de permanência, uso e ocupação do solo e pegada hídrica cinza são limitadas devido a altas incertezas e não-linearidades, tanto a partir de observações in-situ quanto das interações na modelagem. Há necessidade de se estudar as várias fontes de incertezas, tais como: análise de sensibilidade, vazões observadas, desempenho do modelo ecohidrológico, e análise residual. Palavras chave: modelagem de qualidade da água; adaptação baseada em ecossistemas; SWAT; pegada hídrica cinza. 5.Referências BFN/GIS FEDERAL AGENCY FOR NATURE CONSERVATION / DEUTSCHE GESELLSCHAFT FÜR INTERNATIONALE ZUSAMMENARBEIT (GIZ) GMBH (2013). Natural solutions to climate change: The ABC of Ecosystem-based Adaptation. Summary and Conclusions from na International Expert Workshop help 4-9 August 2013 on the Isle of Vilm, Germany. Disponível em acessado em BRESSIANI D A, GASSMAN P W, FERNANDES J G, GARBOSSA L H P, SRINIVASAN R, BONUMÁ N B, MENDIONDO E M (2015). Review of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) applications in Brazil: Challenges and prospects. Int J Agric & Biol Eng, 2015; 8(3): DOI: /j.ijabe CBD (2010). Convention on Biological Diversity: X/33 Biodiversity and climate change, Decision Adopted by the Conference of the Parties to the Convention on Biological Diversity at its Tenth Meeting; UNEP/CBD/COP/DEC/x/33; 29 October Nagoya, Japan: Secretariat of Convention on Biological Diversity. CRUTZEN, P. J. (2002). Geology of mankind. Nature, 415, pg. 23. GUIMARÃES, J.; TIEPOLO, G.; BARRETO, S. (2015). Ecosystem services modelling as a key input for decision making in the Water for São Paulo Movement. The Natural Capital Project. Disponível em: acessado em INSTITUTO DE PESQUISAS ESPACIAIS/SOS MATA ATÂNTICA (2016). Atlas dos remanescentes florestais da Mata Atlântica período Disponível em: Acessado em MAGURRAN, A. E. (2016). How ecosystems change. Science, 351 (6272).

5 MORIASI et al. (2007). Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Transactions of ASABE, 50(3): TAFFARELLO, D., GUIMARÃES, J., DE SOUSA LOMBARDI, R.K., DO CARMO CALIJURI, M. AND MENDIONDO, E.M. (2016a). Hydrologic Monitoring Plan of the Brazilian Water Producer/PCJ Project. Journal of Environmental Protection, 7, TAFFARELLO, D; MOHOR, G.S.; CALIJURI, M.C. & MENDIONDO, E.M. (2016) Field investigations of the drought through qualiquantitative freshwater monitoring at the headwaters of the Cantareira System, Brazil, Water International, 41:5, , DOI: / TAFFARELLO, D. (2016). Segurança Hídrica e adaptação baseada em ecossistemas nas bacias de cabeceira do Sistema Cantareira, Brasil. Tese de Doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.