Nome do Projeto
Desenvolvimento de Metodologia para alocação de práticas conservacionistas (BMPs) em bacias hidrográficas através do uso da compartimentação geomorfológica com vistas ao aumento da disponibilidade hídrica
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
22/02/2022 - 29/02/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
Em meio às metodologias de planejamento ambiental e de gestão de recursos hídricos, a abordagem que visa a criação de cenários a partir da alocação de práticas conservacionistas (best management practices – BMPs) vem ganhando muita atenção da comunidade científica e sendo objeto de vários estudos ao redor do mundo. No entanto, pouca atenção tem sido dada por essas pesquisas às características geomorfológicas das bacias na escolha dos locais onde BMPs serão implementadas. Por isso, este projeto propõe investigar a possível contribuição da compartimentação geomorfológica do relevo para a melhoria do processo de alocação de práticas conservacionistas em bacias hidrográficas, utilizando o mapeamento geomorfológico como base para criação de cenários onde a disponibilidade hídrica possa ser aumentada com menor dispêndio de recursos, assim como com a intervenção em menores porções do espaço geográfico. Para isso, as metodologias de mapeamento e compartimentação geomorfológica serão revistas e analisadas, a fim de avaliar quais são suas potencialidades e contribuições para a alocação de BMPs. A partir dessa análise, a utilização dos compartimentos do relevo em diferentes escalas/táxons será usada para criação de cenários em pequenas bacias hidrográficas utilizando o modelo SWAT (Soil and Water Assesment Tool), a fim de simular as possíveis vantagens do uso dos compartimentos geomorfológicos em processos de alocação de BMPs para aumento da disponibilidade hídrica. Os resultados poderão fornecer informações científicas relevantes para o desenvolvimento de cenários de manejo da terra em bacias hidrográficas e ressignificar o uso da cartografia geomorfológica nos estudos ambientais que tratam da gestão de recursos hídricos, além de fornecer subsídios para realização de intervenções que busquem aumento do fluxo hídrico e redução do aporte de sedimentos em corpos hídricos. Este projeto é coordenado pela Universidade Federal do Espírito Santo e financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo.

Objetivo Geral

Desenvolver uma metodologia para alocação de práticas conservacionistas (BMPs) em bacias hidrográficas a partir da compartimentação do relevo, contribuindo para projetos de planejamento ambiental e gestão de recursos hídricos que visem o aumento da disponibilidade hídrica e a redução do aporte de sedimentos nos cursos d’água.

Justificativa

Os impactos ambientais causados pelo uso intensivo do solo são uma preocupação mundial e, por isso, diversos trabalhos técnicos e acadêmicos vêm sendo desenvolvidos para tentar minimizar esses impactos. Neste contexto, as atividades agrícolas guardam lugar de destaque nas pesquisas científicas, haja vista que a área ocupada para essas atividades é consideravelmente grande.
Nas últimas décadas tem havido uma crescente preocupação com a poluição da água e do solo que restringem as atividades humanas, destacando-se em particular, as fontes de poluição difusas constituídas pelas terras agrícolas, que contribuem significativamente para a degradação da qualidade da água (VEITH; WOLFE; HEATWOLE, 2003), pois a carga de sedimentos nos rios provocam um aumento do assoreamento, diminui o fluxo hídrico e também atua como um transportador de nutrientes (MARINGANTI; CHAUBEY; POPP, 2009).
Entre os impactos ambientais causados pelas atividades humanas pode-se destacar a aceleração dos processos erosivos, que traz como consequência a remoção da camada superficial do solo. Os desdobramentos dessa perda de solo são diversos, sendo possível destacar a redução da fertilidade do solo, o aumento do aporte de sedimentos em cursos d’água e a própria redução da disponibilidade hídrica. Não obstante, há uma necessidade de desenvolver um sistema baseado no planejamento do uso do solo para o desenvolvimento sustentável da bacia hidrográfica, haja vista a influência desse uso nos processos ambientais na erosão e na concentração de nutrientes e sedimentos em cursos d’água, além da qualidade das águas superficiais e subterrâneas em uma bacia hidrográfica e de afetar também o desenvolvimento social e econômico (QI; ALTINAKAR, 2011).
Em regiões de baixa disponibilidade hídrica, esses impactos tornam-se mais flagrantes e geram conflitos pelo uso da água, que frequentemente não se encontra em quantidade e qualidade satisfatórias para os usos humanos. Associado a isso, está a necessidade de aplicação dos instrumentos da Política Nacional de Recursos Hídricos, como enquadramento de corpos d’água e outorga de recursos hídricos, a resolução e mediação de conflitos ligados à crise hídrica e a limitação de recursos para investimentos em ações de aumento da disponibilidade hídrica.
O cenário configurado por essas situações exige a realização de um planejamento adequado, onde as melhores práticas para adoção de técnicas agrícolas e de manejo do solo sejam adotadas, possibilitando o controle das perdas de solo, a redução do aporte de sedimentos e nutrientes em cursos d’água e o aumento da recarga dos aquíferos subterrâneos e da disponibilidade hídrica nas épocas de estiagem.
No Espírito Santo também é preocupante, a escassez de água e os consequentes conflitos vem escalando de forma considerável nos últimos anos, especialmente em episódios de estiagem como ocorreu entre 2014 e 2016, exigindo por parte dos órgãos gestores a busca por alternativas de gestão de recursos hídricos que sejam aplicáveis às condições locais.
Para isso, é essencial que os pesquisadores, planejadores e gestores examinem essas questões em escala de bacia hidrográfica para desenvolver políticas e planos para garantir um futuro sustentável, pois as práticas de gestão do uso da terra desempenham um papel importante no planejamento e gestão das bacias hidrográficas (UNIYAL et al., 2020).
Ao se tratar de gestão do uso da terra em bacias hidrográficas, uma abordagem que tem sido muito trabalhada por pesquisas ao redor do mundo é a aplicação de práticas conservacionistas (BMPs) a fim de alcançar o aumento da disponibilidade hídrica e a redução do nível de sedimentos e poluentes nos recursos hídricos. Na literatura internacional utiliza-se o termo BMP, abreviação da expressão Best Management Practices. No Brasil, no entanto, a criação de cenários onde a aplicação de diferentes práticas conservacionistas (BMPs) são utilizadas para melhorar a disponibilidade hídrica são pouquíssimas utilizadas.
BMP é uma expressão amplamente utilizada nos Estados Unidos e Canadá para designar um conjunto de técnicas passíveis de serem implementadas visando à redução da poluição hídrica e a conservação dos solos (ARROIO JÚNIOR, 2017)
As BMPs são definidas como práticas estruturais ou não estruturais que são utilizadas para melhorar a quantidade e a qualidade da água no corpo receptor. As BMPs estruturais têm sido amplamente utilizadas para controlar o escoamento, sedimentos e nutrientes, tanto em bacias urbanas quanto rurais ou agrícolas (KAINI; ARTITA; NICKLOW, 2012). Algumas das BMPs estruturais que servem a esses fins são Lagoas de detenção (detention ponds), faixas-filtro (filter strips), Estruturas de Estabilização (grade stabilization structures), Terraços (parallel terraces) e canais vegetados (vegetated waterways).
As BMPs agrícolas são ações práticas e econômicas que os produtores agrícolas podem tomar para conservar a água e reduzir a quantidade de nutrientes e outros poluentes nos recursos hídricos. As BMPs são projetados para melhorar a qualidade e a conservação da água, mantendo ou mesmo melhorando a produção agrícola (FDACS, 2020).
As BMPs vêm sendo empregadas para controle das fontes de poluição difusa, contudo, para alcançar um planejamento e gestão eficientes de bacias hidrográficas, se requer uma otimização da alocação das BMPs (MARINGANTI; CHAUBEY; POPP, 2009). A otimização espacial de cenários de práticas conservacionistas com base na modelagem de bacias hidrográficas é uma ferramenta eficaz de apoio à decisão para a gestão de bacias hidrográficas (ZHU; QIN; ZHU, 2020). Isso se dá pois os modelos podem fornecer as respostas hidrológicas às alterações do uso e manejo do solo antes que as medidas sejam implementadas, podendo-se assim prever verificar quais soluções são mais viáveis em termos de custos e benefícios.
Essa abordagem integrada de gestão de bacias hidrográficas, planejamento de terras agrícolas, proteção ambiental e desenvolvimento econômico, na qual se inclui a implantação de BMPs, é uma direção promissora rumo ao desenvolvimento sustentável (QI; ALTINAKAR, 2011).

Metodologia

Para execução da pesquisa, diversos procedimentos precisarão ser realizados. O primeiro deles, consiste numa revisão sistemática de literatura sobre o tema, onde as pesquisas mais relevantes que estejam relacionadas com o objeto de pesquisa sejam analisadas. Essa etapa ajudará a delimitar o tema de pesquisa e nivelá-lo ao nível das pesquisas mais avançadas da atualidade, mas também será necessário para compreender os métodos que têm sido utilizados e inspirar as técnicas de pesquisa a serem adotadas.
Meta 1 - Elaboração da cartografia geomorfológica com identificação das formas de relevo a serem alvo das BMPs
Recorte espacial e área de estudo
A execução da pesquisa também demanda a escolha de uma área de estudo (que neste caso será uma ou mais bacias hidrográficas) onde os dados de entrada do modelo sejam preparados e inseridos e os resultados relativos aos dados de vazão precisarão ser avalizados ao longo do tempo e frente às modificações (no modelo) das condições ambientais. Para que o experimento e os resultados sejam realizados com sucesso, a escolha da bacia hidrográfica deve atender, tanto quanto possível, aos seguintes critérios:
a) Ser uma bacia com dados disponíveis ou que possam ser obtidos/ produzidos durante a execução a pesquisa;
b) Ser uma pequena bacia hidrográfica, cuja área seja suficientemente pequena para que a compartimentação da paisagem possa ser executada a tempo e para que as respostas hidrológicas às alterações realizadas no modelo possam ser percebidas num período relativamente curto, não havendo grandes variações do comportamento da precipitação ao longo da bacia;
c) Ser relevante do ponto de vista geomorfológico, tendo formas de relevo diversas e representativas onde a implementação das BMPs possa produzir resultados suficientemente diferentes e comparáveis.
Definição dos compartimentos, táxons e escalas a serem mapeados e possíveis BMPs a serem aplicadas.
Esta etapa trata-se da definição dos critérios para selecionar e cartografar as formas de relevo. Ou seja, da definição de quais são os compartimentos do relevo encontrados na bacia que podem ser mais relevantes do ponto vista da alteração hidrológica e da produção de sedimentos. Isso consiste em definir quais são os compartimentos do relevo que serão utilizados para, no modelo a ser utilizado, simular a aplicação das BMPs, avaliando seu efeito em termos de alteração do comportamento na vazão hídrica da bacia e do aporte de sedimentos e nutrientes em corpos d’água.
Essa definição consiste em identificar quais são as técnicas, metodologias e escalas de trabalho mais apropriadas para tal fim e será executada através de uma análise sistemática da literatura relacionada à cartografia geomorfológica e à hidrogeomorfologia, especialmente em relação à hidrologia de encostas.
Para isso, diferentes contribuições sobre compartimentação do relevo em paisagens tropicais serão consideradas, como as de ROSS (1992) acerca dos táxons do relevo, de COLANGELO (1996) que trata das feições mínimas, os níveis de abordagem propostos por AB’SABER (1969) e as orientações sobre os tipos de informação que devem estar contidos nos mapas geomorfológicos sugeridos pela UGI (Morfometria, Cronologia, Morfografia, Morfogênese/Morfodinâmica).
Após essa identificação, os compartimentos do relevo que são mais significativos em termos da alteração do comportamento hidrológico da bacia, serão mapeados com o uso do software SIG. Esses compartimentos serão as áreas onde serão implementados os BMPs no modelo computacional. Por isso, nesta etapa também será realizado um levantamento prévio de quais BMPs podem ser mais efetivas para aumento da disponibilidade hídrica e redução do aporte de sedimentos considerando os processos morfodinâmicos atuantes em cada uma das feições identificadas.
Meta 2: Realização da Modelagem Hidrológica da Bacia, calibração e validação dos dados gerados.
Para realização dessa etapa foi escolhido o modelo SWAT, pois além de ser um modelo consagrado que apresenta bons resultados em termos de respostas, ele possui uma interface amigável e compatível com 2 dos principais softwares de Sistemas de Informação Geográfica (ArcGis e Qgis) e outro ponto forte, que é uma estrutura flexível que permite a simulação de uma ampla variedade de práticas de conservação (GASSMAN et al., 2007), por isso o modelo foi o mais utilizado em trabalhos que simulam cenários de implementação de BMPs. Este modelo é de uso livre, sua interface pode se dar através de softwares SIG livres e os dados utilizados para sua execução são abertos e gratuitos, o que pode é muito importante haja vista que, uma vez desenvolvida, a metodologia poderá ser replicada com pequeno dispêndio de recursos por parte dos órgãos públicos ligados ao tema.
Então, nessa etapa serão executados basicamente 6 etapas: 1) Aquisição e preparação dos dados geográficos e hidrológicos de entrada no modelo; 2) Campanhas de campo de coleta e análise de sedimentos; 3) Coleta e análise de solos para alimentação do modelo; 4) Implementação do modelo; 5) Calibragem e Validação do Modelo e 6) Definição e implementação das BMPs no modelo.
Os dados de entrada exigidos para que o modelo realize suas simulações são variáveis climáticas (temperatura e precipitação), tipo de solo, topografia (MDT), uso do solo e as práticas conservacionistas adotadas. Os dados geográficos necessários para preparação do modelo são disponibilizados pelo Sistema Integrado de Bases Geoespaciais do Estado do Espírito Santo (GEOBASES, 2021), são eles: Modelo digital do terreno, uso do solo e tipo de solo. Parte dos dados sobre os solos, necessários ao modelo serão extraídos do trabalho publicizado por Cunha et al. (2016) e os dados meteorológicos serão obtidos do Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) que geralmente, ao serem utilizados como dados de entrada em modelos hidrológicos dão resultados tão bons ou melhores que usando as estações meteorológicas disponíveis (FUKA et al., 2014) e também das estações meteorológicas da rede oficial de monitoramento cujos dados são disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA, 2021).
Para a calibragem e validação do modelo são necessários os dados hidrológicos, que são disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA) e também podem ser obtidos gratuitamente em seu website. Contudo, a realização de campanhas de campo para coleta de sedimentos visa captar mais dados, permitindo assim a melhoria da simulação dos valores vazão, sedimentos e nutrientes na situação atual e nos diversos cenários que podem ser criados no modelo. As amostras serão processadas no laboratório de geografia física do departamento de geografia da UFES.
A definição de quais serão as BMPs estruturais a serem utilizadas serão avaliadas junto aos parceiros dos órgãos técnicos, considerando sua possibilidade de aplicação teórica no modelo e prática nas propriedades rurais, tanto em termos de tempo e custo como de adaptação à realidade regional.
Meta 3 – Realização das simulações e análise dos resultados
Uma vez que a modelagem hidrológica da bacia tenha sido realizada, será possível realizar simulações da vazão hídrica e de outros parâmetros como a produção e transporte de sedimentos e carga de nutrientes. Assim, alterações nos parâmetros de entrada do modelo poderão estimar qual será a resposta da bacia hidrográfica. No caso deste projeto, a meta é modificar os parâmetros de entrada relativos à aplicação de práticas conservacionistas (BMPs) estruturais, em diferentes compartimentos do relevo, a fim de observar quais são os resultados obtidos em termos de disponibilidade hídrica. Porém, para que isso seja feito com nível de confiança adequado as vazões simuladas pelo modelo devem ser compatíveis com os valores medidos, o que deverá ser garantido com a calibração do modelo.

Indicadores, Metas e Resultados

Diante da abrangência e do potencial desta proposta de pesquisa, o desenvolvimento desta metodologia com sucesso e os consequentes resultados de sua aplicação por parte dos órgãos públicos podem se desdobrar em diversos impactos.

Científicos:
Criação de uma metodologia que ressignifique o uso da cartografia geomorfológica
Possibilitar a criação de cenários ótimos com baixo custo e usando softwares livres.
Estabelecimento de um novo paradigma em relação às pesquisas de alocação de BMPs em nível mundial.
Econômicos:
Redução dos custos para aquisição de água/ desassoreamento de cursos d’água para hidrelétricas através do uso da metodologia para planejamento das intervenções nas bacias hidrográficas.
Emprego mais eficiente dos recursos financeiros dos produtores rurais com implantação de práticas conservacionistas;
Redução dos prejuízos e conflitos causados por baixa disponibilidade de água;
Possibilidade de quantificar o valor a ser investido em ações de conservação por um usuário de água antes da instalação de um empreendimento numa bacia hidrográfica;

Tecnológicos:
Criação de Tecnologia de baixo custo baseada em softwares livres e dados abertos que permita projetar o investimento financeiro necessário para alcance de metas dos Planos de Recursos Hídricos;
Desenvolvimento de uma metodologia de mapeamento geomorfológico especificamente voltada para o planejamento da aplicação de BMPs em bacias hidrográficas;
Possibilidade de elaboração de uma matriz de custo benefício onde seja possível inferir qual o valor necessário para atingimento de determinadas metas;
Possibilidade de elaboração de um planejamento participativo junto aos produtores rurais e usuários de água da bacia;

Sociais:
Redução dos custos com produção agrícola e captação de água para irrigação;
Aumento da disponibilidade hídrica em locais de escassez;
Possibilidade de elaboração de um planejamento participativo junto aos produtores rurais e usuários de água da bacia;

Ambientais:
Melhoria da vazão hídrica e redução do aporte e da concentração de sedimentos em cursos d’água;
Redução da área de intervenção das práticas conservacionistas;
Auxílio na mensuração de medidas compensatórias e mitigadoras que interfiram na produção de sedimentos e na variação da disponibilidade hídrica.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
Andre Luiz Nascentes Coelho
DANIELLE DE ALMEIDA BRESSIANI1
Fábio Luiz Mação Campos

Página gerada em 02/07/2022 02:27:29 (consulta levou 0.162821s)