Publicações

O desastre climático de abril e maio de 2024 no Rio Grande do Sul ocorreu em um contexto de mudanças climáticas, que vêm intensificando eventos extremos na região. Causada por chuvas extraordinárias, a crise expôs falhas estruturais e de gestão de risco, evidenciando a urgente necessidade de comunicação eficaz. Este artigo apresenta uma cronologia do desastre e um relato das ações voluntárias de pesquisadores na produção e disseminação de informações básicas, incluindo previsões do nível do Guaíba, mapas de risco, apoio técnico no Vale do Taquari, monitoramento de abrigos, informações sobre saneamento e o Repositório de Mapas. Análises pioneiras dos impactos das enchentes permitiram uma rápida compreensão do evento. O relato destaca desafios como limitações tecnológicas, problemas de coordenação com a gestão pública e a ausência de um sistema institucional robusto. A falta de agências de bacia compromete a gestão integrada dos recursos hídricos e a resposta a desastres no longo prazo. O evento reforça a necessidade de investimentos substanciais em governança da água, infraestrutura de monitoramento e estratégias de adaptação para fortalecer a resiliência da sociedade.

Em maio de 2024, Porto Alegre, Brasil, vivenciou o evento de precipitação de grande escala mais intenso já registrado no país, expondo vulnerabilidades importantes na infraestrutura de proteção contra enchentes e saneamento. Utilizando amostragem espacial de alta resolução em 92 pontos durante o pico da enchente, investigamos parâmetros físico-químicos, indicadores microbiológicos, ecotoxicidade, genes de resistência a antibióticos e vírus patogênicos nas águas da inundação. Um arcabouço analítico integrado combinou análises físico-químicas padronizadas, quantificação microbiana por cultura com testes de sensibilidade a antibióticos, detecção molecular de genes de resistência e vírus patogênicos por qPCR/RT-PCR, ensaios ecotoxicológicos e análise de componentes principais para identificar vias de contaminação e os riscos ambientais e de saúde pública associados. Os resultados revelaram degradação severa da qualidade da água, com turbidez superior a 470 NTU, fósforo total médio atingindo 1,07 mg/L (21× o limite legal) e nitrogênio amoniacal médio atingindo 12,74 mg/L (3,4× o limite legal). As concentrações de E. coli superaram os Critérios de Qualidade da Água Recreacional da U.S. EPA em mais de uma ordem de magnitude, indicando contaminação fecal severa. Ensaios de ecotoxicidade com Daphnia magna indicaram toxicidade aguda nas águas estagnadas da enchente. Análises microbiológicas detectaram bactérias multirresistentes, com genes de carbapenemase (blaKPC e blaNDM) amplamente detectados em zonas urbanas inundadas, incluindo áreas próximas a hospitais. Vírus patogênicos, incluindo Norovírus GI e GII, e Hepatite A e E, também foram detectados. A deterioração da qualidade da água contribuiu para a paralisação de cinco das seis estações de tratamento de água potável, privando 1,23 milhão de residentes de água potável, enquanto falhas no sistema de esgoto despejaram aproximadamente 50.000 m³/dia de esgoto bruto em bairros inundados e no rio Jacuí. Diferentemente da maioria dos estudos sobre enchentes, este estudo fornece evidências quantitativas e in situ coletadas durante o pico da inundação. Ao integrar indicadores ambientais, microbiológicos, moleculares e ecotoxicológicos em tempo real, o arcabouço proposto oferece uma abordagem replicável para avaliação da qualidade da água, avaliação de risco e gestão da água urbana sob condições extremas de inundação.

As enchentes de 2024, um dos maiores desastres hidroclimáticos do Brasil, evidenciam a urgência da adaptação climática no Rio Grande do Sul. Este trabalho apresenta um método prático para o mapeamento da exposição ao perigo hidrológico a partir do índice HAND (Height Above Nearest Drainage), combinado com dados de endereços residenciais. A metodologia foi aplicada em seis municípios da Região Metropolitana de Porto Alegre, gerando curvas de exposição que sintetizam a distribuição dos domicílios em relação aos níveis de perigo. Os resultados revelaram padrões distintos de perigo e demonstraram que o HAND é um indicador replicável e útil na escala municipal, embora apresente limitações inerentes aos Modelos Digitais de Elevação (MDEs). O estudo reforça a importância de ferramentas operacionais simples para orientar políticas públicas, como a predefinição de zonas seguras e o planejamento territorial voltado ao aumento da resiliência urbana a eventos extremos.

Este estudo investigou o impacto da disponibilidade de dados hidrometeorológicos e de informações de previsão na melhoria da produção hidroelétrica e da gestão do armazenamento em sistemas de reservatórios, bem como os custos associados à produção desses dados. A abordagem metodológica integrou otimização estocástica e otimização de horizonte rolante com previsões para atender metas operacionais de curto e longo prazo na determinação das decisões diárias de liberação de água dos reservatórios ao longo do horizonte de planejamento. Três cenários de dados hidrometeorológicos foram organizados para avaliar os benefícios quantitativos e rastrear os custos, estabelecendo assim relações de custo-benefício. O sistema hidroelétrico de grande escala da Bacia do Rio Paraná, no Brasil, foi utilizado como estudo de caso. Os resultados mostram que dados e informações hidrometeorológicas melhores permitem uma melhor gestão do armazenamento de água ao longo do tempo, o que aumenta a produção e o valor da energia. Foi obtido um aumento de até 15% na produção hidroelétrica ao longo de um período de simulação de 5 anos, e os benefícios incrementais para o sistema modelado foram duas ordens de magnitude maiores do que o custo de produção da informação hidrometeorológica. Especificamente, cada US$ 1 investido em informação hidrometeorológica incremental gerou um retorno de US$ 775 quando previsões subsazonais substituíram conjuntos estocásticos na gestão do armazenamento dos reservatórios. No entanto, melhorias adicionais no sistema de previsão estariam limitadas a um ganho máximo adicional de 2,3% em energia, indicando benefícios incrementais decrescentes. Por fim, os métodos e resultados são úteis para justificar o investimento de recursos necessário à coleta de dados e aos sistemas de previsão que permitirão a melhoria e adaptação contínuas das operações de reservatórios e geração de energia no futuro.

Apresentamos uma visão geral do evento hidrológico sem precedentes ocorrido no estado do Rio Grande do Sul entre o final de abril e o início de maio de 2024, que causou enchentes e deslizamentos em uma escala nunca vista antes no Brasil. A chuva que causou o desastre é incomparável a qualquer evento recente no Brasil em escala espacial e temporal. A precipitação intensa e prolongada provocou cheias recordes desde pequenos rios com áreas de drenagem inferiores a 1.000 km² até a Lagoa dos Patos, que drena mais de 180.000 km². A chuva também provocou deslizamentos que ocupam o primeiro lugar no Brasil em termos de escala espacial e número de ocorrências. Rios de montanha sofreram enchentes repentinas com níveis de água extremos, enquanto nas regiões mais baixas os grandes rios e a Lagoa dos Patos sofreram inundações de longa duração, com os níveis permanecendo elevados por cerca de 30 dias. O evento de cheia é provavelmente o primeiro no Brasil em termos de pessoas deslocadas e danos a propriedades e infraestrutura. Quase 200 óbitos ocorreram devido ao desastre e a falhas em estruturas de proteção. O evento hidrológico de abril-maio mostra um vislumbre do que pode ser esperado nas próximas décadas devido às mudanças climáticas em uma região que abrange o sul do Brasil e partes dos países vizinhos.

O financiamento da gestão de drenagem urbana é um desafio significativo, exigindo recursos para operação, manutenção, reabilitação e expansão da infraestrutura, sem deixar de atender à equidade e à acessibilidade financeira dos usuários. Este artigo apresenta uma abordagem única que combina elementos hidrológicos, financeiros e de planejamento para apoiar o desenho da tarifa de drenagem urbana, totalmente integrado à estratégia de financiamento para implementar ações de drenagem e proteção contra enchentes. A abordagem combina um novo Índice de Externalidade Hidrológica (HEI), de base espacial e calibrado por meio de opinião de especialistas ou modelos hidrológicos, com o desenho de um sistema de tarifa composta baseado no Princípio do Poluidor-Pagador, que considera a equidade e as diferentes categorias de lotes. As receitas geradas pela tarifa de drenagem são simuladas em relação aos Custos Anuais Uniformes Equivalentes de múltiplas carteiras de demandas de investimento em drenagem, permitindo identificar diferentes estratégias de planejamento financeiramente sustentáveis no longo prazo. A heterogeneidade espacial dos processos hidrológicos revelada no mapa do HEI identifica áreas de alto impacto para orientar o planejamento urbano sustentável e oportunidades de redução das tarifas de drenagem para alguns usuários. O sistema de tarifa composta apresentou distribuição assimétrica das cobranças, com valores mais altos para grandes lotes industriais e tarifas mais baixas para bairros de baixa renda, promovendo acessibilidade financeira. A análise permitiu organizar o cronograma temporal do plano de Drenagem Urbana e Proteção contra Enchentes para sustentabilidade financeira de longo prazo, priorizando ações de operação e manutenção e programando projetos de expansão para etapas posteriores do horizonte de planejamento. Embora mesmo as tarifas mais baixas pudessem cobrir os custos de operação associados a redes de esgoto pluvial e pôlderes, tarifas mais altas ainda seriam necessárias para cobrir integralmente os custos de manutenção e parte dos custos de expansão. O fluxo de caixa positivo ao final do horizonte de planejamento indica potencial para alavancar receitas futuras.

Este estudo apresenta um novo método para incorporar o princípio de Perda Líquida Zero (No Net Loss, NNL) em estruturas corporativas de Governança Ambiental, Social e Corporativa (ESG). Esse princípio visa garantir que as perdas de biodiversidade decorrentes de atividades humanas sejam totalmente compensadas. Nesse contexto, enfrentamos dois desafios principais: o manejo de incertezas epistêmicas na modelagem ambiental e a avaliação precisa das áreas compensatórias necessárias para substituir os habitats perdidos. Com foco nos diversos biomas do Brasil, que estão passando por rápidas transformações, destacamos o papel de pesquisas de opinião de especialistas no tratamento das incertezas do modelo InVEST Habitat Quality, que simula mudanças na integridade da paisagem sob diferentes cenários de uso do solo. Nossa análise, realizada em três regiões do Brasil – Caatinga, Cerrado e Mata Atlântica –, utiliza dados abertos para revelar perdas substanciais de habitat decorrentes de atividades como implantação de parques eólicos, mineração e agricultura intensiva, resultando em um declínio generalizado na qualidade do habitat. Introduzimos a métrica de Área Equivalente de Biodiversidade (Equivalent Biodiversity Area, EBA) para apoiar esforços de NNL e de Ganho Líquido de Biodiversidade, medida em hectares. Os resultados mostram uma redução na EBA em todas as áreas estudadas, destacando a necessidade de estratégias de compensação eficazes. Tais estratégias devem integrar Reservas Legais e restauração ecológica às políticas de ESG, incentivar a colaboração de proprietários de terra e se alinhar a esforços ambientais mais amplos, como a revitalização de bacias hidrográficas e os mercados de Créditos de Biodiversidade.

Este artigo propõe um processo de retroalimentação dupla que vincula as ações do plano de bacia hidrográfica à cobrança pelo uso da água bruta. Um modelo dedicado de apoio à decisão é criado para implementar esse processo e permitir a análise de sustentabilidade financeira no longo prazo. O modelo oferece análise em tempo real de diversas ações da bacia hidrográfica, utilizando critérios de priorização personalizáveis integrados a diferentes configurações de cobrança pelo uso da água, incluindo os princípios usuário-poluidor-pagador e beneficiário-pagador, além de outras fontes de financiamento. A aplicação às Bacias Piracicaba–Capivari–Jundiaí, no Brasil, demonstra como ações importantes de gestão e melhoria da qualidade da água podem ser financiadas por meio da cobrança pelo uso da água, e como lacunas de financiamento podem ser resolvidas por meio de uma abordagem de modelagem de visão compartilhada.

Modelos hidrológicos são úteis para apoiar a restauração de serviços ecossistêmicos. No entanto, ao planejar a expansão de Soluções Baseadas na Natureza e de Pagamentos por Serviços Ecossistêmicos, existem requisitos que incluem o princípio da adicionalidade, a representação de múltiplos mecanismos de geração de escoamento e o cálculo de saídas espaciais em escala de propriedade rural, além da incerteza epistêmica. Embora atender a esses aspectos seja importante para tornar o planejamento futuro mais eficaz (custos de investimento e benefícios hídricos), isso também é desafiador. Este artigo integra, em um único arcabouço de modelagem, os principais requisitos destacados. Isso permite uma seleção aprimorada das áreas de maior prioridade com resolução espacial em escala de propriedade rural e uma compreensão mais profunda de como a incerteza epistêmica da modelagem afeta os resultados, o que é relevante para avaliar os riscos de sobrestimar os benefícios dos serviços ecossistêmicos. A abordagem de modelagem é demonstrada em uma bacia de estudo de caso no bioma Mata Atlântica (Brasil). O modelo PLANS é apresentado, utilizando o desenho do TOPMODEL para simular tanto o escoamento por excesso de saturação quanto por excesso de infiltração na resolução de propriedade rural. Além disso, utiliza um novo índice de saturação baseado em uma composição dos descritores de terreno Altura Acima da Drenagem Mais Próxima (HAND) e Índice Topográfico de Umidade (TWI). Aplicamos o método de Estimativa de Incerteza por Verossimilhança Generalizada (GLUE), auxiliado por um algoritmo evolutivo, para estimar a incerteza epistêmica dos resultados. Os resultados mostram que a incerteza afeta substancialmente a definição de prioridades (97% de mudança no ranqueamento) e que os efeitos topográficos simulados podem superar os efeitos locais da cobertura do solo e do tipo de solo. Com dados melhores, a avaliação de incerteza indica que o programa de restauração do estudo de caso poderia ter o custo de sua política de alocação reduzido em até 27%, mostrando que ele pode se tornar mais custo-efetivo com os métodos propostos.

Neste artigo, justificamos e exemplificamos quatro princípios que consideramos fundamentais para orientar o uso de modelos hidrológicos no mapeamento de áreas prioritárias em programas de revitalização de bacias hidrográficas. Esses princípios são: (1) a adicionalidade dos serviços ecossistêmicos; (2) a influência da topografia; (3) a escala espacial no nível do lote rural; e (4) a incerteza epistêmica da modelagem. Com a aplicação do modelo PLANS na bacia do Arroio Castelhano (RS), exploramos o conceito de anomalia hidrológica, a importância da área de contribuição variável, a relevância de diferenciar os lotes rurais e o fato de que modelos hidrológicos não são “bolas de cristal”, apresentando faixas de incerteza no tempo e no espaço. A informação sobre incerteza, no entanto, pode ser muito útil para definir um índice de prioridade para os lotes rurais.

Como e quando ampliar a escala e financiar soluções baseadas na natureza em bacias hidrográficas, de modo a melhorar a segurança hídrica urbana a jusante, é uma preocupação global. Neste artigo, abordamos esse desafio propondo um método inédito para planejar a expansão de um conjunto escolhido de soluções baseadas na natureza, que acopla otimização de tomada de decisão sequencial, modelagem hidrológica e hidroeconomia em um único arcabouço de modelagem. Os benefícios considerados foram os custos evitados de escassez hídrica e de tratamento de água percebidos a jusante. O cronograma ótimo de decisões de expansão foi então definido sob a função objetivo de minimização do custo total. Demonstramos o arcabouço aplicando-o a um conjunto de cenários alternativos de referência para a bacia do Rio dos Sinos (Brasil). Constatamos que o cronograma ótimo de expansão das soluções baseadas na natureza é sensível ao uso do solo inicial e a fatores futuros. A redução do custo de tratamento foi a característica mais relevante em alguns cenários, confirmando-se como estratégia para enfrentar problemas de qualidade da água em bacias degradadas. Porém, a contabilização do custo de escassez hídrica introduziu um tradeoff: a expansão de soluções baseadas na natureza em bacias bem preservadas pode não compensar o investimento. Pesquisas futuras podem superar as limitações atuais de escopo e dos modelos sem alterações estruturais no arcabouço. As implicações práticas deste trabalho decorrem do financiamento de projetos de pagamento por serviços ambientais em bacias hidrográficas por instituições e governos, que demandam políticas baseadas em evidências para apoiar o investimento de recursos públicos.

Avaliações de risco tecnológico são extremamente raras no Brasil, a despeito de sua importância para o planejamento. Os sistemas aquáticos são de particular preocupação, uma vez que constituem o ponto final de todos os processos que ocorrem na bacia hidrográfica, incluindo desastres tecnológicos. Assim, nosso objetivo é mapear a vulnerabilidade a riscos tecnológicos em sistemas lagunares por meio de um modelo de sistemas de informação geográfica (SIG). O modelo de vulnerabilidade a riscos tecnológicos consiste na superposição espacial de pressão e fragilidade tecnológicas, tendo os sistemas ambientais como unidades espaciais. A metodologia foi aplicada aos sistemas lagunares do Estado do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil, como estudo de caso. A vulnerabilidade muito alta do Lago Guaíba, em sua porção norte, deve-se à alta concentração de infraestruturas tecnológicas combinada com altas fragilidades dos sistemas de banhado. No Estuário da Lagoa dos Patos, os sistemas de alta vulnerabilidade correspondem majoritariamente a águas pouco profundas. A Lagoa Mirim mostrou-se menos vulnerável em comparação a outros sistemas, devido a uma ocorrência muito menor de elementos de pressão tecnológica. A metodologia proposta permitiu identificar os sistemas ambientais particularmente vulneráveis a riscos tecnológicos, onde os esforços de gestão devem ser mais intensos. Os resultados foram utilizados no Zoneamento Ecológico-Econômico do Rio Grande do Sul, bem como na revisão, atualmente em curso, do enquadramento da qualidade da água do estuário da Lagoa dos Patos.

A ocupação densa dos centros urbanos e o consequente alto índice de impermeabilização afetam diretamente o ciclo hidrológico, causando problemas de drenagem urbana. Com o uso de tecnologias de Controle na Fonte (LID) é possível minimizar os efeitos negativos decorrentes desse problema, uma característica marcante dos grandes centros urbanos. O presente estudo buscou simular os efeitos da implementação de controles LID aplicados em lotes urbanos utilizando o modelo SWMM. Para isso, baseou-se em dados espaciais atualizados a fim de identificar os perfis de ocupação do solo, o percentual de área impermeabilizada e o número de lotes urbanos na área de estudo. Essas informações serviram de base para estimar um número confiável de unidades LID a serem instaladas, bem como o percentual de área impermeável que cada técnica trataria. Como resultado, foram obtidas reduções de 6 a 24% no pico de vazão do hidrograma, considerando o uso de soluções isoladas e integradas. Ao considerar o volume total escoado, a redução obtida variou de 13 a 38%, apresentando, portanto, um potencial significativo para diminuir os efeitos da precipitação simulada. Dessa forma, tanto as técnicas LID quanto a metodologia de avaliação dos processos hidrológicos mostraram-se interessantes para o processo de planejamento urbano e para o auxílio à tomada de decisão.

Diante do agravamento da crise hídrica mundial, as bacias hidrográficas a montante das cidades são cada vez mais vistas como sistemas produtores de água. Nesses sistemas, o desenvolvimento de soluções baseadas na natureza (SbN) pode melhorar a disponibilidade e a qualidade da água. Essas soluções são inspiradas em processos naturais, ou os utilizam, contribuindo para a melhoria da gestão hídrica, da produção de alimentos e da conservação da biodiversidade, integrando os conceitos de engenharia ecológica, infraestrutura verde, práticas de conservação do solo e abordagens de gestão de serviços ambientais. As SbN constituem um curso de ação alternativo às soluções convencionais intensivas em energia, como transposições de água, exploração de águas subterrâneas, entre outras. Propomos, portanto, que as SbN formem um caminho de adaptação dentro do planejamento de longo prazo da expansão da infraestrutura hídrica das cidades. Como parte de um arcabouço de planejamento, propomos que modelos de simulação de (1) custo de expansão, (2) resposta hidrológica e (3) redução do custo de escassez hídrica possam ser acoplados a um modelo de otimização de custo-benefício para indicar o melhor caminho de expansão das SbN.