Este subcapítulo aborda de maneira mais específica a importância dos sistemas de informações sobre os recursos hídricos como instrumentos de gestão, com o objetivo de realçar a preocupação que os governos buscam em implementá-los para contribuir na gestão e no planejamento da disponibilidade hídrica e seu uso sustentável, realçando as suas principais funções, os tipos de informações que são geradas, a tecnologia utilizada, e a necessidade de informações relacionadas aos recursos hídricos.
Dentro desse cenário, descreve também a experiência de modelos dos sistema de informações sobre os recursos hídricos do Brasil, da França e dos Estados Unidos,
analisando a estrutura do ponto de vista informático, as funções, os componentes utilizados e como as informações são disponibilizadas nos sistemas.
2.3.1 Importância e estrutura dos sistemas de informações sobre os recursos hídricos
A gestão sustentável dos recursos hídricos requer acesso a informações confiáveis e atualizadas sobre as bacias hidrográficas, para os gestores dos recursos hídricos, especialistas, agências de água, comitês de bacia e cidadãos em geral. O sistema de informações é uma ferramenta que ajuda a identificar as tendências e avaliar as medidas implementadas nas bacias hidrográficas (NUNES, 2009).
O controle das informações é uma atividade vital para que o planejamento e administração dos diversos usos da água possam ser efetivados com a eficiência necessária e desejável (SILVA; REIS, 2010). Com histórico de dados relacionados aos recursos hídricos é possível ter uma visão que pode fazer as pessoas a usem racionalmente a água (CEDIBH, 2012).
Sistema de informações é um instrumento essencial para o planejamento e gerenciamento de recursos hídricos, a partir dos quais informações, tais como: diferentes usos do solo, disponibilidade hídrica, conservação dos corpos de água e monitoramento dos padrões de qualidade são derivadas e disponibilizadas. Modelos físicos e conceituais relacionados a bacias hidrográficas, reservatórios, entre outros, seja do ponto de vista qualitativo ou quantitativo, necessitam de uma série de dados. Esses dados encontram-se distribuídos em sistemas de informação em vários formatos e em diferentes instituições (ALMEIDA et al., 2009).
Para Rocha et al. (2002), o sistema de informações de recursos hídricos é um dos instrumentos que tem o objetivo de reunir, tratar e divulgar os dados e informações relacionados com os recursos hídricos, permitindo um melhor planejamento e aumento da eficiência no uso da água. É uma ferramenta que ajuda a identificar as tendências e avaliar as medidas implementadas nas bacias hidrográficas.
O surgimento dos sistemas de informações sobre recursos hídricos no mundo ocorreu pela necessidade de administrar a crescente complexidade da administração dos múltiplos usos da água, e pela oferta de serviços gerada pelo desenvolvimento tecnológico: SIG, Sensoriamento Remoto, Telemetria, desenvolvimento de modelos
matemáticos computacionais com melhor representação dos sistemas físicos (CIRILO; AZEVEDO, 2000).
Os sistemas de informações são implementados para auxiliar os gestores neste processo contínuo de avaliação das alternativas, que demanda a aquisição, organização e análise de um grande número de variáveis e cenários (ROCHA et al., 2002).
Silva e Reis (2010) realçam que a existência de informações sistematizadas e, sobretudo, de sistemas que articulem essas informações de modo a processá-las para gerar subsídios, bem como a previsão e controle dos processos naturais ou induzidos pela ação do homem nas bacias hidrográficas, são o caminho para uma gestão bem-sucedida dos recursos hídricos.
Como todo sistema, na visão de Nunes (2009), os sistemas de informações de recursos hídricos recebem na vários tipos de dados de entrada como mostra a Figura 3, dados de cartografia (divisão administrativa, unidade hidrográfica, região hidrográfica, entre outros), dados hidrológicos (vazão, precipitação, níveis de água) e dados de cadastro de usuários (usuários de recursos hídricos, órgãos gestores de recursos hídricos, entre outros), que por sua vez são processados e armazenados, na saída, as informações são disponibilizadas para os atores envolvidos na gestão de recursos hídricos e para a sociedade em geral por meio de uma interface de diálogo.
Sistema de processamento de dados remoto
Ambiente de sistema de informações sobre recursos hídricos Sistema de gerenciamento de banco de dados Ambiente do sistema de informações Banco de dados
Análise espacial e sistema de modelo
Interface Base cartgráfica Dados Hidrológicos Dados de usuários ENTRADA DE DADOS SAÍDA
A estrutura geral de um sistema de informações sobre os recursos hídricos mostrada na Figura 3 é composta por três subsistemas: sistema de processamento de dados, ambiente do sistema de informações e sistema de gerenciamento de banco de dados. O sistema possui um banco de dados espaciais e atributos detalhado, que inclui elementos fundamentais geográficos, ambientais, tabelas, entre outros, que são analisados com sistemas de modelos e visualizados por uma interface de diálogo (HUO XU; ZENG, 2004).
Na entrada, os dados podem ser inseridos nos sistemas de informações de recursos hídricos, obedecendo a uma prioridade, ou níveis. No primeiro nível, a necessidade de dados cartográficos, divisão hidrológica e divisão administrativa; no segundo nível encontram-se os dados hidrológicos e hidroclimatológicos; para o terceiro nível, dados de cadastro de uso e usuários da água; e por último os dados relacionados com os outros instrumentos de gestão (enquadramento dos corpos em classes, outorga pelo uso da água, cobrança pelo uso dos recursos hídricos e os planos de recursos hídricos) (NUNES, 2009).
Os requisitos básicos para concepção, implementação e operação de um sistema de informação sobre recursos hídricos são listados na Tabela 3. Os códigos listados na Tabela 3 têm prefixo F(requisito funcional) e NF (não funcional) (SILVA, 2012).
Tabela 3 - Requisitos básicos para concepção, implementação e operação de um SIRH (SILVA, 2012).
Código Requisitos
F1 Permitir a gestão dos Responsáveis Técnicos. F2 Permitir a gestão dos Requerentes.
F3 Permitir a gestão de Processos de Outorga.
NF4 Ser um sistema com velocidade rápida de resposta.
NF5 Permitir controle de usuários no sistema por meio de senha. F6 Permitir a gestão de águas superficiais.
F7 Permitir a gestão de águas subterrâneas. F8 Permitir a gestão de lançamento de efluentes.
F9 Permitir o cálculo das vazões mínimas de referência e média para qualquer seção de interesse da hidrografia.
F10 Permitir o cálculo da vazão disponível para outorga em um trecho de rio. F11 Permitir a gestão de membros de comitês de bacia hidrográfica.
NF12 Permitir a visualização da bacia hidrográfica e das intervenções por meio de mapa. NF13 Permitir a inserção das coordenadas geográficas de uma intervenção de forma
manual ou capturando diretamente no mapa. NF14 O sistema deve ser acessível por meio da internet.
F15 Permitir a gestão de dados de qualidade de água.
F16 Manter dados de estações de monitoramento (pluviométricas e fluviométricas). NF17 Permitir a transparência dos dados das outorgas fornecidas.
Tabela 3 - Requisitos básicos para concepção, implementação e operação de um SIRH (SILVA, 2012). Continua
Código Requisitos
NF18 Armazenar em um arquivo as modificações feitas no banco de dados juntamente com o nome do usuário que realizou a operação.
F19 Manter dados georreferenciados sobre a bacia hidrográfica (limite, hidrografia, municípios e estados).
NF20 Permitir a descentralização da obtenção e produção de dados e informações. NF21 Permitir a coordenação unificada dos recursos hídricos de uma bacia hidrográfica. NF22 Permitir o acesso aos dados e informações a toda a sociedade.
F23 Fornecer dados e informações sobre a situação qualitativa e quantitativa dos recursos hídricos de uma bacia.
NF24 Atualizar periodicamente as informações sobre disponibilidade e demanda de recursos hídricos de uma bacia.
Os requisitos funcionais dizem respeito à definição das funções que um sistema ou um componente de sistema deve fazer. Eles descrevem as transformações a serem realizadas nas entradas de um sistema ou em um de seus componentes, a fim de que se produzam saídas (SAWYER; KOTONYA, 2001).
OS requisitos não funcionais, ao contrário dos funcionais, não expressam nenhuma função a ser realizada pelo sistema, expressam funções ou serviços que um sistema deve ou pode ser capaz de executar ou fornecer. As funções ou serviços são, em geral, processos que utilizam entradas para produzir saídas (CYSNEIROS; LEITE, 1997).
Os requisitos não funcionais dizem respeito a restrições, aspectos de desempenho, interfaces com o usuário, confiabilidade, segurança, portabilidade, padrões, e outras propriedades do sistema. Assim como os demais sistemas de software, os sistemas de informação sobre recursos hídricos baseados na Web necessitam atender aos requisitos não funcionais, os quais devem ser especificados com clareza (FERREIRA et al., 2006).
Em termos técnicos, atualmente os sistemas de informações de recursos hídricos seguem a linha denominada tecnologia web, seja para as situações de acesso aos dados de forma remota (internet) pelo público em geral ou de rede local privada (intranet). A tecnologia web se baseia no emprego de aplicativos servidores para armazenamento de dados em computadores centrais, que têm os seus processos executados em navegadores comuns (ENGECORPS et al., 2006).
O armazenamento de dados em computadores centrais pode ocorrer de várias maneiras. Muitas vezes, o armazenamento ocorre em torres especiais que permitem o acesso remoto, ou diretamente integrado com os servidores. Um centro de dados normalmente requer um tipo de acesso de rede: a rede cliente/servidor que permite o acesso externo para o centro de dados; servidor/servidor que oferece alta velocidade de comunicação entre os servidores (KANT, 2009).
A arquitetura cliente/servidor é um sistema surgido nos anos 90. É baseada em três componentes principais: o gerenciamento de bancos de dados que funcionam como servidores, a rede de computadores responsável pela transmissão de dados e programas para acesso aos dados (BATTISTI, 2001).
É uma abordagem da computação que separa os processos em plataformas independentes, permitindo que os recursos sejam compartilhados enquanto se obtém o máximo de benefício de cada dispositivo diferente (VASKEVITCH, 1995).
Segundo Battisti (2001), a arquitetura cliente/servidor representada na Figura 4 é a arquitetura mais utilizada, na qual o processamento da informação é fragmentado em um processo que é responsável pela manutenção da informação (Servidor) e outro responsável pela obtenção dos dados (Cliente).
CLIENTE (Administrador) Cliente (Navegador) Cliente FTP (Navegador)
Servidor de Banco de Dados Servidor de Mapas Servidor de Web Servidor de Aplicação Consulta Atualização Consulta CLIENTE (Público em geral) Cliente (Navegador) SERVIDORES HTTP Solicitação Resposta Solicitação Resposta
Outra importante característica associada à rede cliente/servidor é que se pode aumentar o número de estações clientes sem grandes impactos de desempenho ou migrar o sistema para servidores mais rápidos ou mesmo para múltiplos servidores (ENGECORPS et al., 2006).
2.3.2 Estratégias e informações necessárias sobre recursos hídricos
O mundo vive na era da informação, exigindo das organizações uma gestão estratégica eficiente, a qual pode ser facilitada pela utilização de recursos inteligentes oferecidos pela tecnologia de informação e sistemas de informação (BAZZOTTI; GARCIA, 2006).
A crescente necessidade das organizações de buscar resultados positivos em um ambiente competitivo, global e dinâmico tem expandido sua exigência pelo processamento da informação. Para lidar com o crescente fluxo de informação, interno e externo, as organizações precisam tirar proveito das oportunidades oferecidas pela tecnologia da informação (TI). A gestão de informação, com o uso da TI, tem se tornado um dos elementos importantes para um planejamento eficaz da gestão dos recursos hídricos por meio da coleta e da divulgação de informações (TALVINEN, 1995 apud KHAUAJA; CAMPOMAR, 2007).
É necessário reconhecer alguns requisitos de forma a tornar o plano de gestão dos recursos hídricos estável, tais como: garantia da qualidade dos dados no ato de aquisição para permitir uma análise confiável; divulgar informações sobre os recursos hídricos de modo perceptível para os utilizadores; medições de variáveis em tempo real e integrado e assegurar que o sistema que arquiva e divulga os dados seja eficiente para que os mesmos não sejam perdidos ou danificados. Esses requisitos podem ser manipulados por meio de um sistema de gestão de banco de dados, um sistema de informação geográfica, a telemetria com o uso da internet e uma equipe capacitada e bem gerida para garantir a eficiência no uso desses recursos (WMO, 2008).
Há também necessidade de medir os outros aspectos do ambiente de água doce e do ambiente em geral, dentre os quais: características das bacias hidrográficas; a quantidade de água necessária para os diferentes usos e para utilização ecológica; entre outras características que causam danos à água.
Há ainda a necessidade de definir os tipos de informações sobre os recursos hídricos, implicando variedade de tipos de dados de modo a compreender as estatísticas de uma variável meteorológica e elementos hidrológicos, tais como: precipitação; evapotranspiração; qualidade da água; níveis dos rios, entre outros. Já as estatísticas incluem a média anual, os valores mensais, ou sazonais; máximos e mínimos; desvios padrão; e registros contínuos na forma de gráficos (WMO, 2008).
Os gestores de recursos hídricos devem pensar cuidadosamente a forma como os dados e informações da água serão utilizados, e a participação das partes interessadas no processo é também importante. O ciclo de informação mostrado na Figura 5 fornece uma estrutura para o planejamento e implementação de programas garantindo que todas as informações necessárias sobre os recursos hídricos estejam disponíveis. Para tal, a necessidade de informação, estratégia de informação, coleta de dados, e análise de informação devem ser desenvolvidos dentro de um projeto (HERBERTSON; TATE, 2001). Utilização da informação
ACESSO
Necessidade de informação Estratégia de informação Coleta de dados Análise de informaçãoFigura 5 - O ciclo de Informação (HERBERTSON; TATE, 2001).
Por outro lado, a necessidade de informação depende das questões e problemas que os gestores de recursos hídricos enfrentam. A Figura 6 ajuda a identificar a necessidade de informação para as atividades de gestão. São necessárias a realização de inventários e avaliações de informações disponíveis e acessíveis, fazendo pesquisas de
campo se a informação está faltando, identificação de critérios e metas, e avaliar o uso, custos e benefícios de dados adicionais. (LOUCKS; VAN BEEK, 2005).
Inventário das informações disponíveis
Critérios para usos, funções, questões
Identificação dos usos, funções, questões Pesquisas para complementar a informação disponíveis Análise de questões e informações Necessidades de informação
Figura 6 - Atividades de gestão da água para identificar a necessidades de informação (LOUCKS; VAN BEEK, 2005).
Em geral, as informações sobre o estado e as tendências dos recursos hídricos de um país são para avaliar os recursos hídricos em termos de qualidade, quantidade, distribuição no tempo e no espaço e a capacidade de suprir as demandas atuais e futuras; planejamento, operação e projetos de água; avaliar os impactos ambientais, econômicos e sociais da gestão de recursos hídricos e outras atividades como urbanização ou de colheita florestal; e o fornecimento de segurança para a sociedade e bens contra os riscos com água, particularmente inundações e secas (WELLENS-MENSAH, 2008).
2.3.3 Sistema de informações sobre os recursos hídricos: experiência da França
Na França, as autoridades públicas têm tentado organizar a partilha dos dados, resultando na criação gradual do sistema de informações de água Francês (WIS-F). É um sistema complexo, de parceria entre Ministério da Ecologia, Comitê Francês de
Acreditação (COFRAC), Associação Francesa de Normalização (Afnor), Departamento internacional de água (IOWater), Serviço Nacional de Meteorologia da França (Météo France), entre outros. O WIS-F é coordenado pela Agência Nacional Francesa para Água e Aquáticos (ONEMA) sob a responsabilidade do Ministério da Ecologia (ONEMA, 2012).
O WIS-F é um elemento fundamental na política da água na França. Atualmente, o sistema avalia o estado dos recursos hídricos com base em dados coletados pelo programa de monitoramento. O WIS-F fornece os dados e informações exigidos pelo Ministério da Ecologia e a Comissão Europeia sobre os progressos alcançados na política de gestão dos recursos hídricos (ONEMA, 2013).
A questão central tem sido como identificar, coletar, processar, atualizar e tornar acessíveis todos os dados para o país inteiro. O sistema de informação da água francês tem como objetivos obter conhecimento sobre os recursos hídricos e ambientes aquáticos; avaliar as pressões exercidas sobre os ambientes aquáticos, orientar e avaliar as políticas públicas destinadas a proteger e recuperar ambientes aquáticos. É um sistema que divulga informações sobre rios e lagos, águas costeiras e águas subterrâneas no portal http://www.eaufrance.fr/ (ONEMA, 2012).
A arquitetura do sistema, mostrada na Figura 7, é baseada na tecnologia de internet, permitindo a interação entre o cliente e o servidor, com uma interface determinada pelo protocolo Hypertext Transfer Protocol (HTTP) (LALEMENT; LAGARDE, 2005). 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2
Portal de serviços Portal Web
Portal Web
Portal de Serviços Comuns Portal de
Serviços Comuns
Depósito de dados Metadados (diretórios, catálogos, atlas) Cliente Web
Banco de dados
A infraestrutura do sistema de informação está constituída por equipamentos e programas, como sensores de medição, redes de comunicação, computadores, banco de dados e ferramentas de acesso às informações, utilizados para executar as tarefas do sistema e disponibilizar as informações para o processo de gestão (LALEMENT; LAGARDE, 2005). O sistema funciona da seguinte maneira:
1. O usuário (cliente web) acessa o portal por meio das regras definidas pelo servidor de serviços de um parceiro;
2. O usuário acessa o portal dos serviços interno para ter acesso aos recursos disponíveis (10) na figura, para consultar bancos de dados (5), representado na figura ou para consultar o depósito de dados (9) da figura;
3. O portal de serviços utiliza o portal web para consultas de dados ou metadados;
4. Os portais são acoplados para distribuição de conteúdo;
5. O portal web usa serviços prestados pelo portal de serviços, para consultar o banco de dados;
6. O portal de serviços usa o portal de serviços comuns, para prestar serviços (registro e publicação de um metadados);
7. O portal de serviços comuns fornece para o portal de serviços os dados atualizados;
8. O portal de serviços comuns (metadados) está ligado com o portal de serviços comuns (deposito de dados) para utilizar serviços de consulta do banco de dados dos assinantes dos dados atualizados no depósito de dados;
9. O portal de serviços internos (web), usa serviços do portal de serviços comuns para consultar o depósito de dados;
10. O portal de serviços internos usa os serviços do portal de serviços comuns, para consulta de catálogo, atlas, entre outros.
O portal do sistema de informação da água é denominado Système d’information sur I’eau (SIE), se destina a facilitar o acesso à informação pública no domínio da política da água na França.
No portal, os gestores e a sociedade encontram informações gerais sobre os recursos hídricos, ambientes aquáticos e seus usos, riscos e políticas públicas da água, páginas para divulgação de dados para observação e avaliação dos regulamentos de planejamento da gestão da água e saneamento. Além disso, no portal eaufrance, estão
disponíveis também dados econômicos sobre a água, ferramentas para a gestão integrada da água, dados sobre a quantidade da água, dados do plano de ação nacional, dados sobre a água relatados para a União Europeia, entre outros (EAUFRANCE, 2013).
2.3.4 Sistema de informações sobre os recursos hídricos: experiência dos Estados Unidos
Nos Estados Unidos, há um sistema de informações sobre recursos hídricos, denominado National Water Information System (NWIS), o qual disponibiliza dados da qualidade e quantidade das águas superficiais e subterrâneas. O NWIS foi desenvolvido em colaboração entre o United States Geological Survey (USGS) e o Environmental Systems Research Institute (ESRI).
O USGS fornece dados e informações sobre os recursos hídricos por meio da página de internet desde 1994. As informações estavam inicialmente disponíveis para cada Estado em páginas separadas. Hoje, o sistema NWIS agrega todos os dados em um banco de dados nacional (USGS, 2013).
O USGS é responsável por investigar a ocorrência, quantidade, qualidade, distribuição e circulação dos recursos hídricos, e por divulgar os dados para os governos estaduais, serviços públicos e privados, e de outras agências federais envolvidas com a gestão de recursos hídricos do país (USGS, 2012).
O banco de dados e os sistemas de programas que recebem e processam dados são baseados em um sistema servidor centralizado que tira proveito da internet para proporcionar alta confiabilidade e economia de escala. A coleta de dados e a análise ocorrem em locais remotos utilizados para armazenamento e acesso dos dados. A configuração do sistema centralizado foi determinada a partir de uma análise detalhada dos custos da rede, o equipamento, e a manutenção (BALES et. al, 2005).
Os dados são coletados por estações de monitoramento automáticas que por sua vez transmitem em tempo real por meio de Satélite Geoestacionário Operacional