Tema Segurança Hídrica Palestra: Carlos Eduardo Morelli Tucci, IPH/UFRGS e FEEVALE 1
4º A CONFERENCIA REGIONAL DE MUDANÇAS GLOBAIS São Paulo 6 de abril de 2011 RISCOS DA VARIABILIDADE CLIMÁTICA EM RECURSOS HÍDRICOS Prof. Carlos E. M. Tucci Instituto de Pesquisas Hidráulicas Feevale Blog.rhama.net 2
Principais causas dos riscos Vulnerabilidade social, econômica e ambiental Variabilidade climática Impacto do Desenvolvimento econômico e social sobre os sistemas naturais 3
Vulnerabilidade Social, Econômica e Ambiental Pobreza Instituições fracas Falta de decisão Limitada gestão integrada Avaliação econômica social e ambiental Percepção pública x profissional 4
Variabilidade climática Mudança na tendência séries hidrológicas produz importantes impactos na sociedade. Estas mudanças podem ser naturais, mudanças climáticas, uso do solo e alterações do sistema hídrico As mudanças naturais sempre existiram e fazem parte do clima do globo como a história mostra em diferentes relatos de civilizações que desapareceram ou se mudaram devido as estas condições 5 5
Variabilidade Hidrológica Variabilidade natural dos processos climáticos; Impacto da modificação climática; Efeitos do uso da terra e alteração dos sistemas hídricos Séries não-estacionárias: os parâmetros estatísticos variam com o tempo; todos os projetos utilizam séries estacionárias; incertezas no projeto e planejamento; Conseqüência: AUMENTO DO RISCO 6 6
anomalias Efeito relativo entre as variáveis hidrológicas Aumento relativo da precipitação é menor que o da vazão devido a amplificação dois efeitos da evaporação Quando a P diminui a EVT aumenta pela redução dos dias chuvosos e a vazão diminui muito mais. Da mesma forma nos dias chuvosos no sentido contrário, amplificando os efeitos na vazão; O efeito é maior nos climas tropicais devido ao efeito da temperatura 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0 1960 1965 1970 1975 1980 anos Elasticidade da vazão P Q E 7
Estudo da Elasticidade Estimativas de Chiew (2006) na Austrália % Estimation of rainfall elasticity of streamflow in Australia Hydrological Sciences Journal Em clima tropical este efeito deve ser mais pronunciado Nordeste Coeficiente de escoamento típico do Sudeste 8 8
níveis, m Rio Paraguai - variabilidade Pantanal: Rio Paraguai: a mudança de 3,0 m nos níveis da cheia média anual alterou as áreas inundadas de 17 mil para 50 mil km 2 entre a década de 60 e depois de 73. Este período é resultado de combinações climáticas anômalas, onde o efeito do uso do solo é pequeno. 7 6 5 4 3 2 1 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 anos a. Entre 1900 e 1960 ~4,00 b. Entre 1960 e 1973 ~2,30 c. Entre 1973 a 1997 ~ 5,30 9 9
IMPACTOS Vulnerabilidade das fazendas e da população no período subsequente a 60. Uma propriedade que inundava 20% do ano passou a inundar 85%; Alterações na bacia hidrográfica nos rios e dos leitos de escoamento devido a erosão e sedimentação, somando os efeitos da agricultura, mineração a montante no Planalto do Pantanal. 10
Alteração do Escoamento na bacia do rio Paraná River Section Before 1970 1970-1990 Increase % Parana River at Jupiá 5,852 (+) 6,969 19,1 R. Paranapanema at Rosana 1,057 (+) 1,545 46,2 R. Paraná at São José 6,900 (+) 8,520 23,3 R. Paraná at Guaira 8,620 (+) 11,560 34,1 R. Paraná r at Posadas 11,600 (*) 14,255 22,9 R. Paraná at Corrientes 15,265 19,510 27,8 Importante aumento de vazão depois da década de 70 ao longo da bacia do rio Paraná Quais podem ser as causas? 11 11
Desmatamento? Paraná São Paulo 12 12
flow, mm Alterações na incremental Itaipu 1500 Alteração do uso do solo : café para Soja e desmatamento na bacia incremental 1000 1938-1970 1971-2001 Estimou-se este efeito em 30% do total 500 Variabilidade climática representou 70% identificado nas variações da chuvas 0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 rainfall, mm 13 13
Valores de alterações de Q e P Bacia P 2 P 1 mm Q 2 Q 1 Mm Q 1 /P 1 Q 2 /P 2 P 2 /P 1 Q 2 /Q 1 Grande 228 90 0,33 0,34 1,17 1,18 Tietê 193 101 0,24 0,28 1,15 1,34 Paranapanema 1 183 153 0,25 0,32 1,16 1,45 Incremental 1 127 199 0,29 0,39 1,10 1,44 14
IMPACTOS E BENEFÍCIOS Aumento da produção de energia: Itaipu colocou mais duas turbinas aumentando 1400 MW de energia assegurada. No mercado esta energia assegurada pode valer ~ R$ 1,0 bilhões/ano. Aumento da erosão das áreas agrícolas; Aumento da frequência das inundações; Maio disponibilidade hídrica para cidades e agricultura; Aumento de níveis para navegação. 15
Bacia do rio Uruguai No rio Uruguai as precipitações de 1942 a 1951 ficaram abaixo da média. Aumento da vazão depois de 75 Período anômalo encontrado em diferentes regiões do mundo na história. Um período como este inviabiliza a agricultura de sequeiro e aumenta a demanda para os recursos hídricos no período seco de verão. Talvez tenha sido a motivação da migração da população na década de 40 Precipitação 1942-1951 16 16
Mudança climática Em estudo de previsão de mudança climática em 1991; Cooperação internacional com fundos EPA Usos dos modelos UKMO, GISS e NFDL. O modelo GISS se ajustou melhor aos dados observados até 1980. Previsão realizada para duplicação de CO2 na atmosfera (valor atual está próximo deste) 17
Previsão com GISS Foi prevista redução de chuva em 5% Os valores de vazão foram adimensionados pela área A previsão foi de alteração de sazonalidade aumentando o efeito de aquecimento e transformando a área em perfil mais tropical 18
Avaliação da previsão Utilizou-se um posto com dados representativos na bacia do rio Uruguai com dados de 1957 a 2010 Separou-se os períodos antes e depois de 1980 (data definida como válida para o cenário 1xCO2) A comparação foi feita com as médias das vazões mensais (sazonalidade) e interanual 19
vazões, m3/s Sazonalidade Mostra mudança de tendência sazonal das vazões como estimado Magnitudes relativas diferentes Apenas um posto de análise para uma conclusão maior Aumento da vazão depois de 80 de 25% 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1957-1979 1980-2010 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral meses Pode estar combinando efeito de variabilidade com mudança devido ao aquecimento. 20
vazão média adimensional Variabilidade interanual 1900ral Médias móveis de 5 anos mostram diferenças de períodos Existe tendência atual de retornar aos valores anteriores ou intermediários desde 2004. 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1900ral 1905ral 1905ral 1905ral 1905ral 1905ral 1905ral 1905ral 1905ral anos 21
Benefícios e Impactos A sazonalidade ajuda a época de plantio para agricultura. Normalmente havia seca de novembro a fevereiro e a irrigação era maior nesta época. A maior distribuição das chuvas permite redução de água para agricultura e sustentabilidade para plantio de sequeiro que é a maioria; Aumento das inundações; Maior geração de energia; Redução dos impactos na qualidade da água e na falta de água. 22
Tendências nas três bacias 23
Impactos urbanos 49% da população do mundo é urbana e em 2050 será 70% Todas que nascerão até 2050 ~3,2 bilhões irão para as cidades juntamente com outra parte que virá das áreas rurais; Grande uso dos recursos naturais e impermeabilização resultando em impactos mais frequentes sobre a própria população principalmente em países em desenvolvimento Tendência de aumento do aquecimento urbano e aumento da freqüência das chuvas 24
Vulnerabilidades urbanas Redução da disponibilidade hídrica Agravamento ambiental: qualidade da água, emissão de gases, fragmentação dos ambientes. Vulnerabilidades ao: Aumento da freqüência das inundações urbanas e seus efeitos, saúde, etc. 25
Redução da Disponibilidade hídrica Regiões metropolitanas de grande densidade de ocupação São Paulo e Curitiba Interior de S. Paulo com super-exploração da água subterrânea Semi-árido devido a grande variabilidade interanual Regiões de competição alta pela água: arroz e abastecimento no Sul do Brasil e transfronteriços 26
P mm/h Efeito do clima Diferença da Intensidade Duração e Freqüência do trópico úmido com relação ao temperado brasileiro; Aumento do custo ou redução do critério de projeto Cerca de 25% de chuva para o mesmo risco e duração. 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 latitud 20-30 humid tropics 1 10 100 return period, years 1h de duração 27
Pmax (mm) Efeito nas chuvas urbanas: Curitiba Aumento da média depois de 70 em 9,7 % na média da chuva máxima diária Efeito maior para coeficiente de escoamento menor Para uma cidade de 1 milhão, aumento de 10% representa custos de R$160 milhões em drenagem 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 anos Chuva máxima diária em Curitiba 28
níveis, m Inundações : Ribeirinhas Inundações ribeirinhas: ocupação dos vales de inundação nos períodos secos e prejuízos nas cheias maiores Aumento do custo de mitigação; Perda de sustentabilidade para grandes variações. 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1899 1909 1919 1929 1939 1949 1959 1969 1979 1989 1999 Porto Alegre União da Vitória Grande cheia de 1941 Anos 29 10 anos
Agricultura A variabilidade climática pode tornar inviável a agricultura de sequeiro em algumas regiões Secas prolongadas leva ao conflito pelo uso da água em regiões críticas de alta demanda de irrigação; Área críticas: Fronteira RS-Argentina-Uruguai; Centro-Oeste e regiões da Bahia pelo excesso de demanda associado a anos críticos. 30
níveis, m Navegação Navegação no rio Paraguai em período prolongado abaixo do esperado Redução do calado de navegação no caso do Rio Paraguai os custos são multiplicados por 3 se retornar a década de 60 7 6 5 4 3 2 1 0 1900 1920 1940 1960 1980 2000 anos 31
Energia O país está aumentando a sua vulnerabilidade ao clima devido a redução da relação V/E (volume por energia instalada) Mais usinas, mas sem regularização devido as dificuldades de aprovação ambiental; A principal região de ampliação é a Amazônia com Usinas sem regularização Aumento da vulnerabilidade a anos secos. 32
(Hm3)/MW Volume/Energia instalada Relação Volume Útil (Hm3) / Potência Instalada (MW) 9 1963: Furnas 8 7 6 1962:Três Marias 1979: Sobradinho, P. Afonso IV 1984: Tucuruí 5 4 3 2 1969: Jupiá, Estreito (L.C. Barreto) 1978: Ilha Solteira 1985:Itaipu 1998: Serra da Mesa 1 0 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 33
Mecanismos de Mitigação Previsão de curto e longo prazo: previsão das variáveis como precipitação e vazão com antecedências de dias ou meses. A previsão de curto prazo é de horas ou dias ( ~15 dias). A previsão de longo prazo é de 1 a 9 meses. Predição e prevenção: avaliação do risco estatístico e tomada de medidas preventivas 34
Estrutura da Gestão de Risco Hydrologic monitoring Hydrologic processes Short term forecasting Natural disasters Climate and weather monitoring Information Climate and weather processes Physical system: geology, soil, etc Processes Long term forecasting Prediction of Climate scenarios Agriculture Energy Navigation Environment Assessment Vulnerability reduction 35
Usos da Previsão Curto prazo : Obras hidráulicas e sociedade Longo Prazo: (a) Mercado de energia : demanda e produção (b) Agricultura: produção para o sistema muito dependente do abastecimento de água e precipitação. ( c) Navegação: capacidade de transporte no sistema fluvial (d) Existe um mercado de commodity baseado no hedge da temperatura para a produção e mercado. A previsão é uma commodity no mercado. 36
Modelos de Previsão Modelo Global + Modelo Regional + Modelo Hidrológico + Modelo de Operação de sistemas hídricos Este conjunto permite prever e otimizar os sistemas hídricos Parte deste conjunto de modelos pode ser utilizado 37
Benefícios da previsão: Modelo Climático+ Hidrológico+ operação Entrada Mean power (MWmed) DPow (%) DBenefits US$millões/ano Sem previsão 240,8 - - Previsão Perfeita 244,1 1,39 0,88 Previsão com modelo ETA+MGB 242,6 0,74 0,47 Uso de modelo de otimização algoritmo genético 38
39
40
Bacias discretizadas 41
Trechos simulados com modelo hidrodinâmico 42
43
1 mês Comparação com umidade calculada com a chuva real 3 meses Previsão da Umidade na bacia do rio Uruguai 6 meses 44
Produtividade 45
Lições e Conclusões Aumentar a informação para a população sobre as incertezas das previsões; Necessidade da gestão de risco dentro dos Planos e Programas de longo prazo; Avaliação dos riscos setoriais e regionais e desenvolvimento da prevenção quanto os condicionantes climáticos e uso do solo. 46
Conclusão Independente da fonte da variabilidade climática o ser humano não está adaptado a variabilidade inter-decadal O efeito do uso do solo geralmente tem um efeito maior no ambiente urbano O efeito climático tende a amplificar no ambiente urbano devido ao efeito do aumento da temperatura associado a urbanização Devido a tendência da concentração da população nas cidades, os efeitos econômicos podem ser exponenciais. 47