Sobre

Esta tese é uma síntese que organiza as bases conceituais e filosóficas para o uso de modelos hidrológicos no planejamento da conservação de bacias hidrográficas e da expansão da infraestrutura verde. Com o objetivo de criar um mapa de ideias integrado, o trabalho não apenas conecta fundamentos teóricos e práticos, mas oferece um guia estruturado para futuras investigações e aplicações na área. O capítulo inicial apresenta as bases epistemológicas, abordando as justificações e limitações dos modelos hidrológicos. O segundo capítulo desenvolve uma abordagem ontológica com a Dinâmica de Sistemas, explorando como a arquitetura dos modelos define as respostas hidrológicas e identificando pontos de intervenção estratégica. No terceiro capítulo, a tese revisa a evolução dos paradigmas hidrológicos, culminando na Teoria da Conectividade, que propõe uma unificação dos processos de escoamento superficial e subterrâneo. O último capítulo explora o papel da Economia Ecológica na gestão de bacias, utilizando o modelo PLANS em esquemas de Pagamentos por Serviços Ambientais (PSA) para priorizar áreas de conservação na escala dos lotes rurais. Ao sintetizar esses conceitos, a tese estabelece um conhecimento estruturado que facilita o avanço de novas pesquisas, permitindo que a comunidade científica articule com maior clareza e objetividade soluções sustentáveis e adaptativas para a gestão de bacias hidrográficas.

Soluções baseadas na natureza (SBN), especialmente associadas a esquemas de pagamentos por serviços ambientais (PSA), são uma temática emergente no planejamento de recursos hídricos. Assim, a presente pesquisa objetivou contribuir para melhorar o entendimento de como SBN podem ser desenvolvidas no planejamento de longo prazo dos sistemas hídricos que abastecem cidades. Buscou-se responder (1) como identificar a melhor estratégia para expandir um conjunto de SBN em um dado sistema hídrico e (2) como estimar a relação de custo e benefício do desenvolvimento de um conjunto de SBN. A pesquisa obteve êxito em seus objetivos pois foi desenvolvido um metamodelo que integra modelos de simulação com otimização por programação dinâmica. Esses modelos foram concebidos, assim como seus parâmetros, com base no que sugerem estudos de caso, estudos experimentais e estudos observacionais encontrados na literatura. A função objetivo da otimização consistiu em identificar a rota de expansão que minimiza, ao longo do horizonte de planejamento, o custo total do sistema hídrico, que foi considerado a soma do custo da escassez, custo de tratamento e custo de expansão de SBN. O benefício da expansão de SBN foi concebido como a redução no custo total em relação ao cenário de inação. A melhor estratégia de expansão foi entendida por aquela que otimiza temporalmente as vantagens de cada SBN em relação às pressões apresentadas pelo cenário de futuro. que pastagens com terraços consistiriam na SBN mais indicada para a melhoria da disponibilidade de água, enquanto que o reflorestamento seria mais adequado para a melhoria da qualidade de água. Ainda assim, os resultados apontaram que a expansão de SBN em larga escala sobre os sistemas hídricos responsáveis pelo abastecimento de metrópoles seria inviável economicamente quando avaliado os custos e benefícios diretos. Tais resultados deixaram evidente que os programas de PSA e similares observados na prática no Brasil atuam sobre áreas pelo menos dez vezes menores que as necessárias para produzir impactos perceptíveis sobre a diponibilidade de água de grandes sistemas hídricos, que em geral ocupam centenas de quilômetros quadrados.

O presente estudo aborda o uso hipotético de um banhado de chuva (stormwater wetland) como técnica compensatória dos impactos da urbanização nas águas superficiais em uma micro-bacia de 43 hectares localizada na bacia hidrográfica do Arroio do Salso, Porto Alegre/RS. Na escala regional, essa região faz parte da bacia hidrográfica do Lago Guaíba, único manancial de Porto Alegre, sendo assim alvo de enquadramento de Classe 2 da Resolução CONAMA nº 357/2005. Além disso, a bacia do Arroio do Salso também é sujeita à diretrizes urbanas para a recuperação de corpos d’água. Nesse sentido, este estudo se integra do contexto municipal e regional de planejamento ambiental. A eficácia da tecnologia de banhados de chuva em melhorar a qualidade da água e regular as vazões de escoamento superficial foi avaliada em cenário “nativo”, “atual” e “futuro”, lançando mão de simulação de modelo hidrológico quali-quantitativo (incluindo poluição difusa) por 10 anos com série sintética de chuva através dos aplicativos EPA SWMM 5.0 e CLIMABR. A análise das curvas de permanência para cada parâmetro de qualidade simulado permitiu concluir que, no cenário atual e futuro, houve grande melhoria na qualidade da água, com o sistema de tratamento apresentando eficiência de remoção de 80 a 90% em 50% do tempo. Entretanto, o atendimento ao padrão de qualidade da Classe 2 só foi viável no cenário futuro, em faixas de 30 a 35% do tempo, graças à integração da rede cloacal e interceptação a tempo seco da rede pluvial definidas para esse cenário. Quanto ao regime de vazões de escoamento superficial, em ambos os cenários o efeito do banhado de chuva foi de regularização das vazões moderadas, diponibilizando por mais tempo vazões na faixa de 1 a 100 l/s em relação às outras condições. Apesar da elevada transposição de parâmetros de modelagem advindas da literatura, o presente estudo demostra que o uso de banhados de chuva podem ser uma alternativa chave no leque de ações de programas de recuperação ambiental dos corpos d’água.