UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS GEOGRÁFICAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA
ANTONIO MARCOS DOS SANTOS
VULNERABILIDADE HIDROLÓGICA DAS POPULAÇÕES RESIDENTES NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO UNA (PERNAMBUCO) FRENTE AOS
CENÁRIOS DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Recife 2015
ANTONIO MARCOS DOS SANTOS
VULNERABILIDADE HIDROLÓGICA DAS POPULAÇÕES RESIDENTES NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO UNA (PERNAMBUCO) FRENTE AOS
CENÁRIOS DE MUDANÇAS CLIMÁTICAS
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Pernambuco, para a obtenção de Título de Doutor em Geografia, na área de concentração “Regionalização e Análise Regional (Linha de Pesquisa: Ecossistemas e Impactos Ambientais)”.
Orientadora: Profa. Dra. Josiclêda Domiciano Galvíncio
Recife 2015
ANTONIO MARCOS DOS SANTOS
VULNERABILIDADE HIDROLÓGICA DAS POPULAÇÕES RESIDENTES NA BACIA HIDROGRÁFICA DO RIO UNA FRENTE AOS CENÁRIOS DE MUDANÇAS
CLIMÁTICAS
Tese apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Geografia da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito parcial para a obtenção do título de Doutor em Geografia.
Aprovada em: 13/03/2015.
BANCA EXAMINADORA
________________________________________ Profa. Dra. Josiclêda Domiciano Galvíncio (Orientadora)
Universidade Federal de Pernambuco
_________________________________________
Profa. Dra. Maria do Socorro Bezerra de Araújo (1º Examinador Interno)
Universidade Federal de Pernambuco
_________________________________________
Profa. Dra. Maria do Socorro Bezerra de Araújo (2º Examinador Interno)
Universidade Federal de Pernambuco
_________________________________________ Profa. Dra. Werônica Meira de Souza (1º Examinador Externo)
Universidade Federal Rural de Pernambuco
_________________________________________
Profa. Dra. Érica Socorro Alves Graciano (1º Examinador Externo) Universidade Federal Rural de Pernambuco
A todos aqueles que incentivaram a construção deste trabalho. Inclui aí: amigos; colegas e familiares.
AGRADECIMENTOS
À minha orientadora, Professora Dra. Josiclêda Domiciano Galvíncio, pela oportunidade de realizar esta pesquisa sob sua orientação, assim como, o aprendizado que obtive com ela durante esta jornada, o qual jamais será apagado e sim somado a outros e ofertados também. Em resumo muito obrigado.
Ao Professor Dr. João Lima Sant'Anna Neto do Grupo de Pesquisa Climatologia Geográfica da UNESP de Presidente Prudente pelo fornecimento de materiais bibliográficos, documentais e cartográficos que ajudaram na realização da pesquisa.
Aos Professores Alcindo José de Sá (UFPE), Hernani Loebler Campos (UFPE), André Dantas Estevam (UNEB), Janes Lavoratti (UFRB), Jânio Roque Castro de Barros (UNEB), Wendel Henrique (UFBA), Cláudia Sousa (UNEB), Jemisson Matos (UEFS), Cláudio Ubiratan Gonçalves (UFPE), José Alignoberto Fechine (UFAL), Lucas Cavalcanti pelos incentivos.
Aos colegas do Programa de Pós-Graduação e da Graduação em Geografia da UFPE, Ailton Feitosa, Fernanda, Emilio Tales, Paulo Baqueiro, Bruno Halley, Lucas Cavalcanti, Robson Brasileiro, Saulo, Tiago Machado entre outros.
À Odineide Soares pelo incentivo e compreensão nas horas difíceis.
Aos colegas do SERGEO, Pedro Ferreira, Henrique Ferreira, Viviane Gomes, Ygor Cristiano, entre outros pelas discussões, trabalhos e mais trabalhos.
Aos discentes do curso de geografia da UPE, Petrolina: Fredson, Diorgenes Lopes, Guilherme Theo, Francelita Castro, Marcio José Ramos, Gyslei Maria, entre outros.
Aos meus pais que sempre incentivaram a realização deste trabalho e jornada.
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). À todos e a todas que contribuíram diretamente ou indiretamente MUITO OBRIGADO.
RESUMO
As preocupações frente aos atuais cenários e futuros sobre a disponibilidade hídrica incluindo aí as mudanças climáticas, crescimento populacional, uso não racional dos recursos hídricos, entre outras implicações vem crescendo nos mais variados ambientes, seja ele científico ou político. O desafio da ciência é desenvolver estudos que possam ampliar o leque de informações apuradas sobre as fragilidades dos ambientes hídricos as citadas mudanças de cunho natural e social. Nesta perspectiva, o presente trabalho tem como objetivo analisar a vulnerabilidade hidrológica das populações residentes na bacia hidrográfica do rio Una frente aos cenários de mudanças climáticas. Para o desenvolvimento do estudo foram empregadas técnicas de sensoriamento remoto para mapeamento do uso e ocupação das terras, montagem de um modelo hidrológico semi-distribuído simples, espacialização de dois cenários de mudanças climáticas, projeção e o cenário atual da disponibilidade hídrica na bacia e por último, aferida a vulnerabilidade hidrológica populacional. Os resultados indicam que com o aumento da temperatura média mensal, redução pluviométrica, padrão de uso atual das terras e o crescimento populacional ocasionará, para os próximos anos, redução da disponibilidade hídrica, assim como, colocar a maioria das populações dos munícipios em um Alto e/ou Muito alto grau de vulnerabilidade hidrológica. O citado problema requer atenção pública para que desenvolvam ações que visem em médio e longo prazo criarem alternativas de enfretamento das situações projetadas.
ABSTRACT
The forward concerns to current and future scenarios on water availability there including climate change, population growth, not rational use of water resources, among other implications has been growing in many different environments be it scientific or political. The challenge of science is to develop studies to expand the range of information collected on the weaknesses of water environments the aforementioned changes in natural and social nature. In this perspective, this study aims to analyze the hydrological vulnerability of populations living in the catchment area of the watershed of river Una facing the climate change scenarios. To develop the study were used remote sensing techniques for mapping the use and occupation of land, installation of a simple semi-distributed hydrological model, spatial distribution of two climate change scenarios, projection and the current situation of water availability in the watershed and last, measured population hydrological vulnerability. The results indicate that with the increase in average monthly temperature rainfall reduction pattern of current land use and population growth will result, in the coming years, reducing water availability, as well as put most of the population of municipalities in a High and/or very high degree of hydrological vulnerability. The aforementioned problem requires public attention to now develop actions aimed at medium and long term create coping alternatives of projected situations.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Localização da bacia hidrográfica do rio Una ... 39 Figura 2 - Média mensal dos totais pluviométricos sobre a bacia hidrográfica do rio Una ... 40 Figura 3 - Distribuição da temperatura média anual do ar sobre a bacia hidrográfica do rio Una ... 41 Figura 4 - Unidades geomorfológicas da bacia hidrográfica do rio Una ... 42 Figura 5 - Distribuição dos solos sobre a bacia hidrográfica dor rio Una ... 43 Figura 6 - Distribuição dos pontos aferidos em campo para validação do mapeamento de uso e ocupação das terras na bacia hidrográfica do rio Una ... 48 Figura 7 - Distribuição dos postos pluviométricos empregados na calibração do MHSDS ... 52 Figura 8 - NDVI para bacia hidrográfica do rio Una ... 64 Figura 9 - NDII para bacia hidrográfica do rio Una ... 66 Figura 10 - Mapeamento de uso da terra da bacia hidrográfica do rio Una ... 67 Figura 11 - Quantitativo de ocupação das classes de usos das terras na bacia hidrográfica do rio Una ... 67 Figura 12 - Plantio da cana-de-açúcar no município de Catende ... 68 Figura 13 - Plantio de mandioca no município de Xexeu voltado para agricultura familiar ... 71 Figura 14 - Plantio de banana no município de Joaquim Nabuco voltado para agricultura familiar ... 71 Figura 15 - Estimativa da interceptação das chuvas pela estrutura de uso e cobertura das terras na bacia hidrográfica do rio Una ... 73 Figura 16 - Matriz de confusão para o mapeamento de uso da terra e os dados de uso observados em campo ... 74
Figura 17 - Coeficiente de determinação linear de calibração do MHSDS ... 76 Figura 18 - comparação gráfica entre a vazão estimada pelo MHSDS e observada no posto fluviométrico de Palmares (calibração) ... 77 Figura 19 - a baseline da precipitação pluviométrica total do modelo PRECIS para bacia hidrográfica do rio Una (19b) projeção da precipitação pluviométrica total do modelo PRECIS para citada bacia hidrográfica para o ano de 2030 e 19c projeção da precipitação pluviométrica total do modelo PRECIS para citada bacia hidrográfica para o ano de 2030 ... 82 Figura 20 - Média mensal dos totais pluviométricos sobre a bacia hidrográfica do rio ... 83 Figura 21 - (a) baseline da temperatura média mensal do ar para bacia hidrográfica do rio Una (modelo PRECIS, cenário de mudanças climáticas B2) e (b) projeção para o ano de 2030 referente ao modelo e cenário citado anteriormente ... 86 Figura 22 - Projeção para o ano de 2050 referente ao modelo PRECIS e cenário de mudanças climáticas B2 ... 87 Figura 23 - (a) baseline da temperatura média mensal do ar para bacia hidrográfica do rio Una (modelo CCSM3, cenário de mudanças climáticas B1) e (b) projeção para o ano de 2030 referente ao modelo e cenário citado anteriormente ... 88 Figura 24 - projeção da temperatura média mensal do ar para bacia hidrográfica do rio Una (modelo CCSM3, cenário de mudanças climáticas B1 - 2050) ... 89 Figura 25 - Projeção da vazão da bacia hidrográfica do rio Una (média histórica e projeção para os anos de 2030 e 2050 no cenário de mudanças climáticas B2 - modelo PRECIS) ... 91 Figura 26 - Projeção da vazão da bacia hidrográfica do rio Una (média histórica e projeção para os anos de 2030 e 2050 no cenário de mudanças climáticas B1 - modelo CCSM3) ... 92 Figura 27 - Disponibilidade hídrica sobre na bacia hidrográfica do rio
Una ... 94 Figura 28 - População atual e projetada na bacia hidrográfica do rio Una ... 96 Figura 28 - Percentual de indivíduos com 5 ou mais anos de estudo nos municípios da bacia hidrográfica do rio Una ... 97 Figura 29 - Renda mensal média familiar nos municípios da bacia hidrográfica do rio Una ... 99 Figura 30 - Quantitativo de efluentes (esgoto) tratados nos municípios da bacia hidrográfica do rio Una ... 101 Figura 31 - Quantitativo de efluentes (esgoto) tratados nos municípios da bacia hidrográfica do rio Una ... 103 Figura 32 - Vulnerabilidade sociohidrológica das populações dos municípios da bacia hidrográfica do rio Una (cenário de mudanças climáticas B1 – 2010 e 2030 e B2 - 2010) ... 106 Figura 33 - Vulnerabilidade sociohidrológica das populações dos municípios da bacia hidrográfica do rio Una (cenário de mudanças climáticas B1 – 2050 e B2 – 2030 e 2050) ... 107
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Classes de qualidade de mapeamento com base na estatística Kappa ... 48 Tabela 2 - Valores finais dos parâmetros referentes à estrutura dos solos .. ... 52 Tabela 3 - Valores finais do parâmetro interceptação das chuvas pela cobertura vegetal ... 53 Tabela 4 - Graus estatísticos utilizados para intepretação dos resultados de calibração e validação do MHSDS ... 55 Tabela 5 - Notas para cada classe de vulnerabilidade empregada no estudo ... 59 Tabela 6 - Notas e graus de vulnerabilidade para a variável disponibilidade hídrica ... 60 Tabela 7 - Notas e graus de vulnerabilidade para a variável hidrogeologia ... 60 Tabela 8 - Notas e graus de vulnerabilidade para o atributo escolaridade ... 61 Tabela 9 - Notas e graus de vulnerabilidade para o atributo renda média por família ... 62 Tabela 10 - Notas e graus de vulnerabilidade para o atributo tratamento de esgoto por município ... 63 Tabela 11 - Valores médios obtidos no teste estatístico de Nash e Sutcliffe a cada 20 tentativas de calibração ... 74 Tabela 12 - valores médios obtidos no teste estatístico de Schaefli e Gupta (2007) a cada 20 tentativas de calibração ... 75 Tabela 13 - valores dos testes estatísticos na validação do MHSDS ... 78
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 14 2 OBJETIVO ... 17 2.1 Objetivo geral ... 17 2.2 Objetivos específicos ... 17 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 18
3.1. Uso e ocupação das terras e escoamento superficial ... 18
3.2 Modelagem hidrológica ... 20
3.2.1 Modelo hidrológico Semi-Distribuído Simples (MHSDS) ... 24
3.3 Mudanças climáticas ... 25
3.3.1 Cenários de mudanças climáticas (contextualização geral) ... 26
3.3.2 Modelos climáticos e escalas de abrangência ... 28
3.3.3 Mudanças climáticas e os recursos hídricos globais ... 30
3.4 Índices de disponibilidade hídrica ... 33
3.4.1 Mudanças climáticas e a disponibilidade hídrica ... 35
3.5 Vulnerabilidade (conceitos e diretrizes) ... 37
3.5.1 Vulnerabilidade socioambiental ... 37
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 39
4.1 Localização e caracterização da área de estudo ... 39
4.2 Caracterização física ... 40
4.2.1 Tipologia climática ... 40
4.2.2 Geomorfologia, geologia e pedologia ... 41
4.3 Procedimentos metodológicos ... 45
4.3.1 Mapeamento de uso da terra e interceptação das chuvas ... 45
4.3.2 Montagem do modelo hidrológico semi-distribuído simples ... 49
4.3.3 Calibração e validação do modelo hidrológico semi-distribuído simples ... 50
4.3.4 Espacialização dos dados referentes às mudanças climáticas ... 55
4.3.5 Disponibilidade hídrica ... 57
4.3.6 Vulnerabilidade sociohidrológica ... 58
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 64
5.1 Uso da terra e interceptação das chuvas ... 64
5.2 Avaliação da calibração e validação do MHSDS ... 74
5.3 Mudanças climáticas e a precipitação pluviométrica ... 78
5.3.1 Modelo PRECIS (cenário de mudanças climáticas B2) ... 78
5.4 Mudanças climáticas e a temperatura média mensal do ar ... 83
5.4.1 Modelo PRECIS (cenário de mudanças climáticas B2) ... 83
5.4.2 Modelo CCSM3 (cenário de mudanças climáticas B1) ... 87
5.5 Projeção das vazões a partir do modelo climático PRECIS ... 90
5.6 Projeção das vazões a partir do modelo climático CSSM3 ... 91
5.7 Disponibilidade hídrica ... 93
5.8 Vulnerabilidade sociohidrológica ... 96
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 108
1 INTRODUÇÃO
O acesso à água potável no mundo vem tornando-se um desafio para gestores públicos e cientistas dos mais variados ramos de estudos. Problema que tem como principais agravantes as desigualdades sociais e o precário manejo dos recursos hídricos, assim como, a falta de planejamento no gerenciamento das bacias hidrográficas. Estima-se que cerca de 1 bilhão de pessoas não têm acesso à água para consumo doméstico e que em 30 anos este número poderá crescer em 500% (SETTI, et al., 2001; GANE & AMRANI, 2006; SÃO PAULO, 2012).
Em vários países subdesenvolvidos e nos considerados em desenvolvimento a redução da disponibilidade de água para os usos consultivos1 e não-consultivos2 vem comprometendo o dinamismo socioeconômico dos mesmos. No continente africano e asiático a redução das vazões de várias bacias hidrográficas vem proporcionando reduções na produtividade agrícola dos pequenos e médios produtores, adensamento populacional nas áreas urbanas devido à fuga do campo para cidades em países como Malavi, Tanzânia, Camarões, República Democrática do Congo, Congo, Uganda, China, Índia entre outros. As consequências assentam-se no agravamento da falta de alimentos, deassentam-sempregos em massas e migrações. Acrescentam-se ainda, as disseminações de doenças de veiculação hídrica como a cólera, a Leshimaniose entre outras (MADULU, 2003; YONGJIAN, 2003; TINGEM, RIVINGTON, & COLLS, 2008; BAGUMA et al., 2012).
O que foi apresentado anteriormente não se resume somente a alguns países da África e da Ásia. Nos Estados Unidos da América do Norte e norte do México estudos divulgados por Bates et. al., (2008) indicam que apesar de alguns rios registrarem vazões acima da média histórica, outros localizados em regiões com maior adensamento populacional apresentaram tímidas reduções em seus escoamentos. Diminuições que, em um futuro não tão distante, poderão apresentar sérios problemas de abastecimento de água nestas regiões.
1
- Uso que retira a água de sua fonte natural reduzindo sua disponibilidade (irrigação; uso industrial; uso para fins domésticos; termoeletricidade; entre outros) (PEREIRA e PEDROSA, 2005).
2
- Uso que retira a água de sua fonte natural, porém, a mesma retorna para fonte (atividades recreativas; hidroelétrica; navegações; esportes aquáticos; depuração de efluente; entre outros) (PEREIRA e PEDROSA, 2005).
O Brasil, apesar de possuir mais de 13% das águas disponíveis para consumo do mundo, a situação em algumas regiões apresenta-se de forma crítica (FERREIRA, SILVA & PINHEIRO, 2011). Na região Norte estão concentradas 80% das águas disponíveis no território nacional, restando 20% concentradas nas demais regiões, as quais possuem um maior contingente populacional. Aliam-se a este fator alguns agravantes como: contaminação dos mananciais principalmente aqueles que nascem ou cortam áreas urbanas; destruição de nascentes; assoreamentos dos canais fluviais; destruição da cobertura vegetal responsável pelo retardamento do escoamento superficial e consequentemente direcionamento das águas para o lençol freático; uso indiscriminado e insustentável da água para atividades de irrigação entre outros.
As consequências referentes ao Brasil culminam em: políticas de racionamento em centros urbanos dos mais variados tamanhos, a exemplo das cidades de São Paulo, Fortaleza, Campina Grande-PB, Cariacica-ES, entre outras; consumo de água poluída por dejetos urbanos in natura e por águas poluídas nas regiões semiáridas aumentando, assim, os riscos de contaminação por doenças de veiculação hídrica; conflitos pelos usos múltiplos da água envolvendo, principalmente o setor agropecuário, industrial e a população urbana e rural; entre outras consequências (TOMAZONI; PINTO & SILVA, 2009; BRASIL, 2012).
A situação tende a se agravar diante dos cenários nada otimistas, os quais apontam para o vertiginoso crescimento dos desmatamentos das áreas de cabeceiras e degradação (destruição) das áreas de nascentes, impulsionadas pelo crescente agronegócio no país. Problemas estes que mexe com os estado de relativa estabilidade dos sistemas físicos naturais reduzindo assim a oferta hídrica das bacias hidrográficas (BRASIL, 2011).
Outro preocupante cenário refere-se às mudanças climáticas. Estudos publicados indicam que nos últimos anos várias bacias hidrográficas de grande porte, no âmbito nacional, apresentaram reduções em suas vazões, tendência que pode agravar diante dos possíveis cenários de mudanças climáticas divulgados pelo Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) (MARENGO, 2009; IPCC, 2007; 2007b; 2013).
O Estado de Pernambuco não foge aos problemas socioambientais relacionados à disponibilidade hídrica. De acordo com Xavier (2005) o crescimento
populacional nesta unidade federativa aliado ao quantitativo de água escoada em cada bacia hidrográfica acende o sinal para o deficit hídrico estadual.
Nos últimos anos houve uma quantidade considerável de estudos focando o atual estado de degradação dos recursos hídricos no estado de Pernambuco e o comportamento das vazões das bacias hidrográficas do referido estado atrelando aos cenários de mudanças climáticas e outros contextos ambientais. Entre estes trabalhos destacam-se os desenvolvidos por: Silva e Galvíncio (2010); Duarte (2009); Alburquerque e Galvíncio (2010); Santos (2010); Assis, Larcerda e Sobral (2012); Fechine (2012). Ambos apontam para reduções tímidas nas vazões de algumas bacias nos últimos anos e possíveis agravamentos nas próximas décadas.
Apesar da grande contribuição que os citados estudos assinalam, tanto para o avanço científico, quanto para o campo da gestão e planejamentos dos recursos hídricos no âmbito das bacias hidrográficas, poucos são discutidos sobre a fragilidade das populações locais diante dos problemas correlacionados a redução da disponibilidade hídrica. Diante deste fato, aliado ás discussões apresentadas, costuram-se dois questionamentos, os quais serão as parábolas a serem perseguidas nesta proposta de tese. Como associar em um único estudo as discussões complexas e os resultados de uma modelagem hidrológica a estruturação de um modelo de cunho socioambiental? Qual o grau de vulnerabilidade socioambiental das populações que habitam os municípios inseridos na bacia hidrográfica do rio Una, porção localizada no Estado de Pernambuco, levando em consideração a dinâmica de funcionamento sistêmico da mesma, atualmente e no futuro médiante cenários climáticos e populacionais?
2 OBJETIVO
2.1 Objetivo geral
Analisar a vulnerabilidade hidrológica das populações residentes na bacia hidrográfica do rio Una frente aos cenários futuros de mudanças climáticas.
2.2. Objetivos específicos
- Mapear a estrutura de uso e ocupação das terras da bacia hidrográfica do rio Una com foco na interceptação das águas das chuvas;
- Simular as vazões da bacia hidrográfica do rio Una a partir de um modelo hidrológico semi-distribuído simples;
- Analisar a dinâmica de distribuição dos elementos climáticos para as variáveis (temperatura e precipitação pluviométrica) a partir dos cenários de mudanças climáticas sobre a área de estudo;
- Projetar e analisar a vazão na bacia hidrográfica do rio Una a parir dos cenários de mudanças climáticas;
- Diagnosticar os quadros de disponibilidade hídrica para população dos munícipio na bacia hidrográfica em estudo sobre os cenários de mudanças climáticas e populacionais;
- Projeta e analisar a vulnerabilidade hidrológica das populações dos munícipios da área de estudo com ênfase nos cenários de mudanças climáticas, crescimento populacional e o quadro sóciosanitário atual.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Uso e ocupação das terras e escoamento superficial
Enquadra-se como uso da terra qualquer utilização que o ser humano exerce sobre a superfície terrestre. Inclui, ainda, a presença da cobertura vegetal a qual não tem interferência direta humana (IBGE, 2010). Neste contexto, as construções residenciais urbanas e rurais, industriais, práticas agropecuárias, atividades extrativistas minerais e a vegetação sem fins agrícolas enquadram-se como uso e cobertura das terras.
Para Robles et al., (2010) as mudanças no uso e cobertura das terras é a consequência da dinâmica das interações das atividades humanas com o meio natural. Dentro da referida dinâmica, nos últimos anos, houve um aumento considerado de estudos preocupados em compreender e analisar os efeitos do uso e cobertura das terras sobre problemas ambientais, como deslocamentos de massas, enchentes, alagamentos, degradação dos solos, contaminação de mananciais, propagação de doenças entre outros.
Para análise do uso e cobertura das terras faz-se necessário à utilização de técnicas que permitam aferir através de representações cartográficas (mapas e cartas) os reflexos das configurações espaciais em determinados territórios. O sensoriamento remoto é uma das ferramentas cruciais aos estudos de uso da terra. Este instrumento firma-se como um recurso eficiente no monitoramento ambiental, incluindo neste leque o monitoramento do uso e cobertura das terras. Através dos produtos orbitais e/ou aéreos é possível produzir mapeamento que se transformam em verdadeiros retratos da realidade espacial de um determinado local que se quer investigar (FLORENZANO, 2002; BUNTINGA et. al., 2014).
Na década de 1970, com o lançamento do primeiro satélite para uso civil por parte dos EUA, vários métodos de aquisição de dados foram desenvolvidos e aprimorados, posteriormente. Os resultados podem ser acessados nas dezenas de publicações anuais em periódicos e livros nacionais e internacionais. Dentre os produtos desenvolvidos, a partir do marco histórico pontuado anteriormente, podem-se destacar os índices de vegetação e de água, os quais podem identificar o padrão
da cobertura vegetal de determinada região, o uso da terra, stress da vegetação, nível de água da cobertura vegetal entre outras utilidades (FLORENZANO, 2002; ROSA, 2005; TILLACK et. al., 2014).
A interferência do padrão de uso da terra é visível na dinâmica do escoamento superficial de uma determinada bacia hidrográfica. Bacelar (2005) destaca que vários estudos apontam que a estrutura da cobertura das terras, neste caso com ênfase nas florestas, pode controlar cheias e manter vazões nos períodos de estiagem.
Do quantitativo de água precipitada nos eventos pluviométricos em uma determinada bacia hidrográfica apenas uma parte consegue atingir direta e indiretamente os solos. Outra parte é interceptada pela cobertura vegetal ativa ou pelos dejetos deixados pela mesma sobre a superfície. O quantitativo retiro pode ser evaporado e, consequentemente, não fará parte do escoamento superficial na bacia hidrográfica (CZIKOWSKY & FITZJARRALD, 2009).
Foram nas duas primeiras décadas do século passado que iniciaram os estudos com objetivos de compreender o papel do uso e cobertura das terras no escoamento superficial nas bacias hidrográficas. Vale destacar, os comparativos entre bacias de dimensões geográficas e areas semelhantes, além das aplicações de vários métodos, atualmente aproveitados. Um dos estudos consagrados, e que atualmente contribui em dezenas de pesquisas hidrológicas, foi desenvolvido por Hilbert no ano de 1967. Com dados coletados e testados por mais de 20 anos este pesquisador foi o primeiro a concluir que a redução da cobertura florestal em detrimento de práticas agropecuárias, crescimento urbano entre outras finalidades contribui no aumento da vazão anual de uma bacia hidrográfica (BARCELLAR, 2005).
A resposta de Hilbert (1967) é explicada por Tucci (2001). Para este autor, quando é retirada a cobertura vegetal a tendência é a vazão anual aumentar. Isto, porque, será reduzido o quantitativo de água interceptada pela cobertura vegetal, a qual posteriormente será evaporada, além de reduzir o quantitativo de água infiltrada no solo, que é favorecida pelos impactos amortecido das gotas de chuvas.
Bacellar (2005) destaca que parte dos estudos sobre o potencial da interceptação das águas das chuvas pela cobertura vegetal foram desenvolvidos em áreas sobre florestas úmidas tropicais. Neste tipo de cobertura mais de 13% das
chuvas podem ser interceptadas devido ao potencial de cobertura das folhas refletido no alto índice de área foliar, isto é claro dependendo do potencial das precipitações pluviométricas. Porém, há uma necessidade de informações sobre o potencial exercido por outras estruturas de cobertura vegetal.
Aos poucos novos estudos vêm sendo desenvolvidos. No caso particular brasileiro, além das florestas de cunho tropical úmida há também composições florestais com estrutura de coberturas menores, como exemplo cita-se o cerrado e a caatinga. Em relação a esta última estrutura os estudos ainda são poucos, porém, já se pode inferir algumas informações relevantes (ALBUQUERQUE & COSTA, 2012).
Medeiros et al., (2009) apontaram que o potencial de interceptação das chuvas pela vegetação de caatinga, segundo uma série de estudos, apontam para 13 a 22%. Ao testar o potencial deste tipo de vegetação na estação ecológica de Aiuaba, Estado do Ceará, os autores conseguiram registar um índice de 13% de interceptação da chuva, valor dentro do apontado pelos estudos referido pela equipe de pesquisadores.
3.2 Modelagem hidrológica
A tentativa de representar os fenômenos da natureza não é nova no mundo científico. Desde os remotos períodos em que as ciências não eram sistematizadas milhares de tentativas foram feitas na busca de encontrar respostas para os fenômenos que ocorriam a todo momento na terra. Para Christofoletti (2004) partes destas tentativas eram auxiliadas pelas regras e poderio matemático, que ao longo do tempo foi ganhando força ao ponto de se tentar representar um dos maiores sistemas ambientais, o atmosférico.
A ideia de modelagem ambiental remete a representação de um sistema físico-natural através de equações matemáticas que tentam reproduzir no papel ou no computador o comportamento de uma estrutura, um esquema funcional ou procedimento real que funciona através de uma entrada, causa ou estimulo de energia, e consequentemente uma saída (TUCCI, 2005; MARINHO FILHO, 2012).
Por mais eficiente que venha ser um modelo Berry (1996) destaca que o modelo não é a realidade em si que está representada, mais a visão do pesquisador ou pesquisadores e sua compreensão de determinada realidade.
Os modelos ambientais podem ser divididos e classificados em diversos grupos, um deles está o grupo dos modelos matemáticos. Em sua classificação de modelos Petch (1986) apud Christofoletti (2004) definiu os modelos hidrológicos dentro da categoria dos arranjos matemáticos. Neste grupo estão os modelos determinísticos e os estocásticos. Segundo Christofoletti (2004) os primeiros são baseados em noções matemáticas clássicas de relações facilmente previsíveis. Já os estocásticos são estruturados em cima de variáveis, parâmetros e constantes matemáticas com um ou vários componentes de cunho aleatório com situação imprevisível.
Com a propagação dos modelos hidrológicos nos mais diversificados ramos científicos as ações de planejamento e gerenciamento de bacias hidrográficas e de recursos hídricos tornaram-se mais dinâmicas e eficazes, tornando-se uma ferramenta de grande validade ao poder público, privado e científico. Nos últimos anos, com as discussões frente às mudanças ambientais globais as simulações hidrológicas cresceram ao associar as tais discutidas mudanças no comportamento dos sistemas hidrográficos, sejam eles rios, lagos, oceanos e principalmente bacia hidrográficas.
A modelagem hidrológica pode ser definida como uma representação matemática do fluxo de água e seus constituintes levando em consideração os aspectos físicos-naturais do ambiente estudado, neste caso uma bacia hidrográfica. Neste contexto os modelos hidrológicos são ferramentas de fundamental importância no auxílio de estudos e tomadas de decisões por partes de engenheiros hidrólogos, geólogos, geógrafos, planejadores, entre outros (GALVINCIO, 2005; TUCCI, 2005).
Christofoletti (2004) destaca que desde os primórdios da ciência inúmeras tentativas de modelagem de fluxo de quantidade de água sobre um sistema ambiental vem sendo desenvolvido, tendo como exemplo clássico o modelo conceitual do ciclo hidrológico proposto por Leonardo da Vinci por volta do ano de1500.
No citado modelo Leonardo da Vinci aponta que a água dos mares são carregadas para os topos das áreas de grandes altitudes através de veios (cavidades) presente na subsuperficie terrestre. Ao chegar nas áreas elevadas a água retorna aos mares através de fluxos superficiais (rios) nascidos nas montanhas. Há ainda outro processo neste modelo correspondente ao procedimento de evaporação das águas, as quais em seguidas precipitam sobre as terras e os mares (SENARATH, et al., 2000).
Das ideias de Leonardo da Vinci, registradas a mais de 500 anos aos modelos existentes e desenvolvidos atualmente algumas concepções mudaram, assim como, o avançar científico contribuiu com incrementos de variados elementos que participam da dinâmica de circulação dos fluxos hídricos (águas) na superfície terrestre não adotados há cinco séculos atrás, a exemplo do fluxo subterrâneo, potencial de retenção da água por parte dos solos, entre outros.
No inicio do século passado os mais diversificados ramos científicos se consolidam reforçando a sistematização das ciências dentro da perspectiva positivista. Consequentemente, os estudos voltados para representação do ciclo hidrológico deixam de ser empírico e passaram a se consolidar dentro das abordagens e representações quantitativas. Neste período, vale destacar os trabalhos de Sherman (1932) conceituando as bacias hidrográficas e Horton (1945) trabalhando com os fluxos de água na superfície.
Dos pesquisadores citados anteriormente destaca-se Horton. Este investigador simulou o escoamento superficial nas vertentes de bacias hidrográficas no continente europeu além de trabalhar com o processo de hierarquização dos cursos hídricos de acordo com sua importância no transporte de água e sedimentos na escala da bacia hidrográfica (BRUNET, FERRAS, & THERY, 1998).
A partir das contribuições de Horton vários modelos hidrológicos foram desenvolvidos e difundidos em escala mundial, entre eles podemos destacar: o TOPMODEL (Topography Model); o KINEROS (Kinematic Erosion); o SWAT (Soil and Water Assessment Tool); o CASC2D (Cascade Two-Dimensions); o Modelo Semi-Distribuído de dois Parâmetros, entre outros.
O TOPMODEL é um sistema de modelagem integrado, com bases físicas e conceituais focalizando o balanço de água nos diversos horizontes estruturais do solo e da rocha matriz em escala temporal de no mínimo diária. Este modelo integra
dados do modelo digital do terreno a modelagem dos processos hidrológicos dentro dos sistemas de informações geográficas. Quanto à caracterização do modelo o mesmo é considerado como semi-distribuído, visto que, apenas os padrões topoFiguras são distribuídos pela bacia, enquanto que as demais variáveis de entrada no modelo são constantes (SILVA, 2010; SANTOS, 2010; VESTANA et. al., 2013).
O KINEROS foi desenvolvido para ser trabalhado em pequenas bacias hidrográficas rurais e urbanas. Ele descreve processos de escoamentos baseando-se em informações da interceptação das chuvas, erosão do solo, infiltração das águas e escoamento superficial. É amplamente empregado nos estudos que envolvem fluxos de pesticidas, matéria orgânica e nutrientes em ambientes rurais, além do emprego em estudo de planejamento voltados para conservação dos ambientes superficiais aquáticos direcionados ao abastecimento humano (RODRIGUES & ADAMI, 2005; MARTINEZ, et. al., 2014).
O SWAT (Soil and Water Assessment Tool) é outro modelo hidrológico cujo objetivo é predizer os efeitos dos diversificados usos do solo sobre o escoamento das águas, produção de sedimentos e qualidade dos componentes hídricos em bacia hidrográficas agrícolas. Foi desenvolvido pelo serviço de pesquisa agrícola dos Estados Unidos sendo uma ferramenta importante para o planejamento dos recursos hídricos, assim como, para a produtividade agrícola (ARNOLD et al., 2012). Nos últimos anos o SWAT ganhou interfaces acopladas aos Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) a exemplo de sua interconexão com os softwares ArcGis (extensão ArcSWAT) e com o MapWindow GIS facilitando e difundindo seu uso nos mais diversificados ramos das geociências e área afins (ARNOLD et al., 2012; BETRIE, et al., 2013).
Em relação ao CASC2D o processo de simulação do escoamento superficial da água ocorre a partir de um quantitativo de chuva estabelecido. Para isto, o modelo tem como dados de entrada o potencial da interceptação da chuva pela cobertura vegetal, seja ela natural ou artificial e o potencial de infiltração das águas na bacia hidrográfica em estudo levando em consideração a estrutura dos solos e do relevo (SENARATH, et al., 2000; DUBOS & BABIANO, 2002; MARSIK & WAYLEN, 2006).
No Brasil, nos últimos anos, seguindo a tendência internacional do avanço científico no ramo da modelagem ambiental, houve um aumento no número de modelos voltados para modelagem hidrológica. Um dos modelos que vem sendo bastante utilizado é o MGB-IPH desenvolvido por Collischonn e Tucci (2001) para simulações hidrológicas em grandes bacias hidrográficas. Segundo Getirana et al., (2011) partir dos estudos desenvolvidos com o uso deste modelo vem demostrando eficácia em simulações hidrológicas. Para os autores a modelagem em grandes bacias sempre foi um desafio devido à complexidade de informações ambientais a serem trabalhadas. Com isto, o MGB-IPH vem para contribuir com o referido desafio.
3.2.1 Modelo hidrológico Semi-Distribuído Simples (MHSDS)
Xiong e Guo (1999) apresentaram um modelo hidrológico semi-distribuído simples de dois parâmetros. A ideia exposta tinha como objetivo estudar os impactos dos cenários de mudanças climáticas sobre os recursos hídricos de várias bacias hidrográficas na China. O modelo foi estruturado tendo como variáveis de entrada a precipitação pluviométrica, a temperatura do ar e a evapotranspiração potencial e os dois parâmetros atrelados aos aspectos relacionados às características dos solos locais. Os resultados apontaram para o bom funcionamento do modelo principalmente nas bacias de áreas úmidas e subúmidas da China. Desde então vários estudos foram desenvolvidos utilizando a base do referido modelo.
Vale destacar o estudo confeccionado por Guo et al., (2002) na bacia hidrográfica do rio Gangjiang e do rio Hanjiang na China. Os resultados apontaram para uma boa calibração do modelo e estimativa futura do escoamento superficial dentro dos padrões estimados por outros modelos hidrológicos mais antigos. Porém, nos mesmo estudo os autores detectaram problemas nas simulações com ocorrências de picos pluviométricos.
Na Dinamarca, a base do citado modelo foi adaptado e incluso um terceiro parâmetro, isto no estudo desenvolvido por Muller-Wohlfeill, Xu e lversen (2003). Um dos objetivos da pesquisa foi simular vazões de rios não monitorados. Os resultados indicaram que o modelo apresentou boa eficácia, porém, alterações devem ser realizadas para adaptá-lo as condições físicas-climáticas da área de estudo. Visto
que, ao comparar os resultados alcançados nos estudos chineses com os desenvolvidos na Dinamarca há diferenças.
No Brasil alguns estudos foram desenvolvidos com a base no modelo difundido por Xiong e Guo (1999). Lucas et al., (2009) aplicaram o referido modelo para simulação da vazão na bacia hidrográfica do rio Xingu. Neste estudo os autores compararam a eficiência na simulação do escoamento superficial do modelo com um modelo estocástico denominado de ARIMA. Os resultados foram satisfatórios, porém, os autores mostram o perigo em trabalhar com o modelo semi-distribuido em se tratando de eventos extremos com picos de vazão. Pontuação semelhante a realizada por Guo et al., (2002).
Já Santos, Galvíncio e Moura (2013) desenvolveram a modelagem hidrológica para bacia hidrográfica do rio Goiana, Estado de Pernambuco. Neste estudo o MHSDS atingiu bons índices estatísticos nos testes de calibração e foi empregado na simulação das vazões diante de cenários de mudanças climáticas. Assim como, nos demais estudos, os problemas encontrados por Guo et al., (2002) na Ásia e por Lucas et al., (2009) na região hidrográfica do Xingu, América do Sul, também foram visíveis no trabalho desenvolvido na citada bacia hidrográfica.
3.3 Modelagem - mudanças climáticas
Modelos que representam sistemas ambientais podem ser considerados instrumentos capazes de simular, tentar representar, a realidade existente em um determinado ambiente, sendo que não pode ser confundido com o sistema representado em sua esfera real (CHRISTOFOLLETTI, 2004).
Atualmente, centenas de estudos científicos faz uso de modelos ambientais para simular situações, as quais podem contribuir com a gestão pública, intervenções administrativas e científicas criações de produtos, reforçar determinados descobrimentos científicos, entre outras finalidades. Na ciência geográfica a modelagem ambiental teve seu auge na década de 1950 no seio da geografia quantitativa ou teorética. Semelhante à geografia, outras ciências, também enfatizaram o uso de modelos ambientais, tais como a meteorologia, hidrologia, ecologia, biologia entre outras (CHRISTOFOLETTI, 1993, 2004).
Os dados, muitas vezes numéricos, representados pelos modelos podem ser espacializados em uma determinada área de estudo, seja ela uma estrutura urbana, estados nacionais, unidades de paisagens, regiões fitogeográficas, bacias hidrográficas entre outras. Para isto, as técnicas de geoprocessamento são essenciais, visto que, além de fornecer uma visualização da espacialização dos dados gerados pelos modelos ambientais (dimensão geoespacial), proporciona uma série de análises estatísticas geoespaciais contribuindo com a relação dos dados gerados pelos modelos com determinados estudos, incluindo ai as abordagens climáticas como a distribuição da precipitação pluviométrica, temperatura média do ar, evaporação, umidade relativa do ar entre outras (SINGH, 1999; CAMARA & MEDEIROS, 2001; FERRERA et. al, 2013).
3.3.1 Cenários de mudanças climáticas
No ano de 1988 a Organização Meteorológica Mundial (OMM) e o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUMA) se reuniram e criaram o Painel Intergovenamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC). O objetivo era gerar e reunir informações de cunho científico referente aos impactos das mudanças climáticas sobre os condicionantes sociais e naturais da terra no intuito de fomentar soluções para tais efeitos. O painel foi divido em quatro grupos, cada um com determinada funcionalidade e formado por um grande número de cientistas. O primeiro grupo foi responsável pela divulgação dos estudos iniciais, os quais reuniram evidencias técnicas com argumentos teóricos fundada na relação entre o processo de produção e reprodução socioespacial e as mudanças climáticas (IPCC, 2001a; CAMPBELL, et al., 2000).
O segundo grupo teve como incumbência relacionar os impactos das mudanças no clima sobre a saúde humana e, frente aos aspectos dos sistemas físicos naturais (sistemas: fitogeoFiguras; zoogeoFiguras; aquáticos; glaciais; entre outros). Já o grupo três teve a responsabilidade de, com base nos resultados apresentados pelos grupos anteriores, indicar possíveis soluções a serem tomadas por artes da comunidade política governamental (IPCC, 2001b; IPCC, 2007; IPCC, 2013).
O grupo quatro teve como incumbência fechar as análises divulgadas pelos relatórios proferidos pelos grupos anteriores e, a partir daí, junto com o setor governamental no âmbito mundial, ajustarem às propostas as realidades de cada estado nação. Coube a este grupo construírem materiais esclarecedores que com linguagem acessível ao público não cientista pudessem trabalhar o desenvolvimento de políticas sustentável em pró a mitigação dos efeitos das mudanças climáticas. Acrescenta-se aos grupos apresentados o quinto conjunto de estudos (relatório cinco), o qual tem como finalidade apresentar uma visão clara do estado atual das práticas e levantamentos científicos referentes às mudanças climáticas (IPCC, 2012; IPCC, 2013).
Os estudos e relatórios preparados pelos grupos explicitados anteriormente foram desenvolvidos com base nos cenários de mudanças climáticas. Estes panoramas são baseados em projeções sócio-econômicas, políticas, tecnológicas regionais e demográficas futuras, denominada de forças motrizes. Ou seja, com base em forças motoras são projetados lançamentos futuros de gases de efeito estufa. Estas projeções são baseadas em quatro espacializações geográfica (conjuntos de cenários), conhecidas como famílias (A1, A2, B1 e B2), as quais se subdividem em subfamílias, ou seja, outras ramificações (MARENGO, 2009; WALZ, et al., 2013).
A historia de futuro do cenário A1 é montada em cima de um padrão global de crescimento em que a economia experimenta rápido crescimento no âmbito global. Neste aspecto, a população mundial cresce, porém, entre 2040 a 2060 ocorrerá uma queda no pico populacional. Incrementa-se a esta projeção o crescimento do desenvolvimento tecnológico acima da média atual. Diante do apresentado, tem-se como consequência o paralelo aumento do uso de energias. Para caracterizar os diferentes uso energéticos o cenário A1 se subdivide em três subcenários, o A1F1 o qual aponta para o uso intensivo de energias fosseis, o A1T com uso de energia não fosseis e o A1B representando o equilíbrio entre subcenários A1F1 e A1B da família (WALZ, et al., 2013).
O cenário A2 projeta uma organização espacial heterogênea com forte preservação das tradições culturais locais, com aumento continuo da população global nos países mais atrasados tecnologicamente. Quanto à estrutura econômica, destacam-se o nível regional, sem muita interação econômica global.
Consequentemente, o crescimento tecnológico ocorre de forma fragmentada entre as regiões globais (LAURENT & PAREY, 2007; SLEETER et al, 2012).
Em relação ao cenário B1, a estrutura organizacional no âmbito mundial apresentará convergência com as projeções desenvolvidas no cenário A1. Ou seja, ocorrerá um crescimento e, logo depois, uma queda na metade do século. O que difere do primeiro cenário apresentado é a intensificação de uma economia de serviços e informações. O crescimento no uso de tecnologias limpa é o destaque, porém, com ineficientes políticas climáticas (BASTOLA & SWEENEY, 2011).
O cenário B2 projeta um mundo com forte ênfase em soluções locais voltados para sustentabilidade econômica, social e ligadas às temáticas ambientais. A população mundial apresenta um crescimento continuo, porém, com índices menores do que o A2 (LAURENT & PAREY, 2007; SANTOS, GALVINCIO & MOURA, 2013). Quanto à orientação tecnológica, neste cenário, o crescimento é menor do que o A1 e B1.
3.3.2 Modelos climáticos e escalas de abrangência
Os modelos climáticos podem ser conceitualizados como representações numéricas do sistema de circulação climática. Para isto, as propriedades físicas, químicas e biológicas de funcionamento do citado sistema são transformadas em equações em busca de se tentar representar, ou chegar ao mais próximo possível da realidade climática (CHRSITOFOLETTI, 2004; NOBREGA, 2010).
Os modelos climáticos atuais, os quais são utilizados nas projeções climáticas pode ser divididos em duas categorias, isto obedecendo a escala de espacialização. Tem-se os modelos climáticos globais (Global Climate Models – GCMs) e os modelos climáticos de escala regional (Regional Climate Model - RCM). Os primeiros são representados em escalas maiores (resolução espacial menor), ou seja, a grade de pontos horizontal com os dados climáticos são gerados a partir de uma resolução espacial em média de 300km perfazendo, assim, no plano uma grade de pontos em média de 5000Km x 5000Km. Quanto aos modelos regionais a resolução espacial é maior. Em média esta resolução pode atingir 50km, e em alguns modelos a resolução atinge valores semelhante ou inferior a 25Km. Valores seis a 12 vezes
menores em comparação com a média de resolução dos modelos climáticos globais (ARRIETA, 2012).
As diferenças em relação às resoluções geram discussões, isto, porque, podem mascarar e/ou limitar variáveis ambientais importantes a serem utilizadas nos modelos. Arzhanov et al., (2013) destacaram que ao utilizar um modelo climático global o pesquisador em seus estudos devem ficar atentos a uma série de fatores limitantes, um deles é a exclusão de elementos em escala regional que participam da dinâmica climática, exemplos das configurações do relevo, o papel da vegetação local, corpos hídricos em escala regional, entre outros. Com isto, a aplicação dos dados gerados por um modelo global deve ser trabalhada com as citadas ressalvas.
Em relação aos modelos climáticos regionais os problemas apresentados nos globais são parcialmente resolvidos, visto que, em sua configuração espacial são incluídas as variáveis de escala local, oferecendo assim dados, que leve em considerações o papel dos sistemas físicos naturais regionais como subsistema climático. Porém, um modelo em escala regional apresenta alguns problemas de acoplagem de dados, a exemplo do componente marítimo costeiro, entre outros em macro escala (MARENGO, 2009; ARZHANOV et al., 2013).
O IPCC utiliza em suas projeções uma gama variada de modelos climáticos globais. Estes produtos foram desenvolvidos por centros de pesquisas instalados em vários países do mundo. Entre os modelos mais utilizados estão o: HadCM3 (Hadley Center Coupled Model) produzido pelo centro de estudos com o mesmo nome, lotado na Inglaterra; o modelo CCSR/NIES (Centre for Climate System Research) desenvolvido pelo Centro de Pesquisas do Sistema Climático lotado no Japão; o modelo CCCMA desenvolvido pelo Canadian Centre for Climate Modelling and Analisys e o CCSM3 (Community Climate System Model 3) desenvolvido no Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas do Boulder, Estado do Colorado, Estados Unidos. Ambos bem empregados nos estudos referentes aos impactos das mudanças climáticas na produção agropecuária, no espaço urbano, na dinâmica biogeográfica, na ocorrência e projeções de tempestades e nos recursos hídricos (ABE-OUCHI, 1996; MARSHAL, BROOKS, KAROLYC, 2009; MEHROTRA, et. al., 2013).
Quanto aos modelos em escala regional, a maioria são oriundos dos modelos de escala global como é o caso do modelo PRECIS (Providing Regional Climates for
Impacts Studies). Este modelo está entre os mais utilizados, visto que, seus dados são de fácil acesso, além, de uma série de adaptações realizadas por institutos de pesquisas em diversos países, os quais integram as realidades físicas-naturais locais na conFiguração do referido modelo (JONES, et al., 2004; DRUYAN et al., 2010; KUMAR & AGGARWA, 2013).
3.3.3 Mudanças climáticas e os recursos hídricos globais
O debate em torno da relação mudanças climáticas e recursos hídricos perpassa pela mesma dinâmica de discussão quanto as causas das mudanças climáticas globais. De um lado o grupo de pesquisadores que defendem que as constates taxas de aumento na temperatura do ar vem proporcionando reduções nas vazões de inúmeras bacias hidrográficas em escala mundial. Do outro lado o grupo de pesquisadores que defendem a baixa no alarmismo e, que as consequências das reduções das vazões são mais ligadas às dinâmicas de uso e coberturas das terras do que as mudanças climáticas (SANTOS, GALVÍNCIO & MOURA, 2010; USEPA, 2014).
No contexto apresentado anteriormente a United States Environmental Protection Agency (USEPA, 2014) aponta que apesar de toda discussão em torno dos atuais usos dos recursos hídricos nos centros urbanos e rurais, assim como, as implicações voltadas para os usos das terras em torno dos mananciais hídricos não se pode negligenciar os impactos das mudanças climáticas sobre os recursos hídricos.
Na escala global dezenas de estudos apontam para a participação das mudanças no clima nos últimos 100 anos na disponibilidade dos recursos hídricos. Na China, em levantamento realizado por Gao et al., (2012) precisamente na província de Anhui, os registros meteorológicos em uma série histórica superior a 50 anos disponíveis em três estações de coleta indicaram aumento nas temperaturas do ar, assim como, aumento nas precipitações pluviométricas. Por outro lado, os autores destacam que há locais na China em que o processo ocorre de forma inversa, à temperatura tende a crescer e os quantitativos de chuvas diminuírem.
Em regiões opostas a desenvolvida no estudo de Gao et al., (2012) a situação é critica. No Leste Chinês informações fluviométricas registradas até o ano 2000 apontaram para significativas reduções da disponibilidade hídrica superficial. Em vários reservatórios construídos para conter cheias, produções de energética e para reserva de água voltado ao consumo humano e industrial estão secando e tendo sua vazão artificial reduzida, a exemplo do Danjiangkou construído na bacia hidrográfica do rio Hanjiang. Na agricultura os reflexos são visíveis, partes dos agricultores chineses que são afetados pelas mudanças no clima apresentam dificuldades para futuras adaptações a esta nova realidade (CHEN, et al., 2007; LU, et al., 2013 & SJÖGERSTEN et al., 2013).
No continente europeu a dinâmica é parecida. Nas bacias hidrográficas que desaguam no Mar Negro notam-se tímidos impactos referente à redução da precipitação na escala anual decorrentes dos impactos climáticos sobre as mesmas. A tendência é piorar diante dos cenários de mudanças climáticas com aumento da temperatura do ar e reduções das chuvas para os próximos anos ocasionando diminuições das vazões sobre o referido mar, reduzindo assim, a oferta hídrica destinada à agricultura irrigada. Na Espanha as projeções para os próximos 30 anos também requer alertas devido as possíveis reduções das vazões de suas bacias hidrográficas decorrente do aumento da temperatura e redução da precipitação a exemplo da bacia hidrográfica do rio Júcar (JAVIER FERRE, et al., 202).
Nas regiões tropicais, incluída China discutida anteriomente, estudos com foco nas alterações climáticas apontam para reduções de vazões em várias bacias hidrográficas e aumentos em outras. Na bacia do Colorado, América do Norte (Estados Unidos e México), Dawadi e Ahmad (2012) analisaram a série história de 1970 a 2000 e projetaram até 2035 com base em 16 modelos climáticos globais a vazão da referida área de estudo. Os resultados com base nas informações climáticas e fluviométricas observadas já indicavam redução das vazões provocadas por interferências humanos na dinâmica de uso das terras locais, assim como, impulsionado pelo aumento da evaporação e diminuição das chuvas. A tendência até 2035, nos cenários de mudanças climáticas B2, A1B e A2 é ampliar a diminuição da disponibilidade hídrica para as populações que dependem das águas desta bacia.
De acordo com Binder (2006) nas áreas que abrange as bacias hidrográficas do oeste da América do Norte, principalmente nos Estados Unidos, são visíveis os problemas de redução e aumento da precipitação pluviométrica nas últimas décadas de acordo com a sazonalidade das estações. Durante o inverno vem sendo registrados aumentos graduais dos totais de chuvas, por outro lado durante as primaveras o efeito ocorre de forma contrária, ou seja, redução pluviométrica. Para a bacia hidrográfica do rio Yazoo, no Mississipi, Estados Unidos, os problemas de redução das vazões atualmente estão correlacionadas ao uso das terras. Porém, levando em consideração apenas metade do que aponta o mais brando cenário de mudanças climáticas, nos próximos anos, com a redução das precipitações a situação pode se agravar ainda mais (KIM, PARAJULI & FILIP TO, 2013).
Na América do Sul as observações feitas nos quantitativos das vazões das bacias hidrográficas são variáveis. Em bacias localizadas no sul do Brasil, a exemplo do rio Paraná nos últimos anos vem apresentando tendência de crescimento, auxiliado pelos aumentos das precipitações pluviométricas. Nas bacias de grandes dimensões como a do rio Amazonas e do rio São Francisco as tendências ainda não são tão significativas ao serem comparadas vazões com os totais pluviométricos e as médias das temperaturas do ar (MARENGO, 2009; SANTOS, GALVÍNCIO & MOURA, 2010).
Na região Nordeste do Brasil, a qual possui grande parte de suas terras sobre o regime do clima semiárido e árido, levando em consideração a classificação climática de Thornthwaite e Mather (1955), a preocupação com o futuro da disponibilidade natural das águas nos reservatórios superficiais são notórias principalmente quando se discuti a dinâmica climática futura. Estudos apontam que em partes da citada região há evidentes tendências de aumento das precipitações pluviométricas devido ao deslocamento decadenal da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) além de outros fatores. Porém, as projeções climáticas para região não são otimistas, as quais indicam o aumento da aridez e consequentemente, reduções das vazões de várias bacias hidrográficas (MARENGO, 2009; MARENGO, TOMASSELI & NOBRE, 2010).
Analisando isoladamente algumas bacias hidrográficas estudos desenvolvidos no Estado do Ceará e na bacia hidrográfica do Pajeú apontaram para redução das chuvas mensais nas últimas décadas, o que consequentemente, proporciona a
redução das vazões das áreas de estudos destacadas. Há também, trabalhos, os quais não foram possíveis observarem reduções ou aumento das vazões decorrentes das dinâmicas climáticas atuais, é o caso da bacia hidrográfica do rio Goiana no nordeste do Estado de Pernambuco (MONCUNILL, 2009; SANTOS; 2010; FECHINE 2012).
No continente africano as disponibilidades hídricas vêm cada vez mais chamando atenção dos poderes públicos locais. Nos países localizados no sul do citado continente as vazões vêm sendo reduzidas tendo como um dos fatores o aumento das temperaturas e abaixamentos das chuvas. Na República de Camarões regiões já sofrem com a ampliação dos racionamentos de água no centros urbanos e a produção agrícola, também, reflete a queda na disponibilidade de água para agricultura irrigada e semi-irrigada. Os impactos sociais nas áreas de saúde, gerenciamento urbano também são atrelados à saída das populações das áreas rurais em direção aos grandes centros (TINGEM et al., 2008; KUSANGAYA et al., 2014).
Estudo desenvolvido por Tshimanga e Hughes (2012) em uma sub-bacia hidrográfica da bacia do Congo indica que as reduções das vazões detectadas nos últimos anos estão mais atreladas a outros fatores do que as mudanças climáticas. Porém, ao projetar para as próximas décadas a dinâmica mensal e anual das vazões na referida sub-bacia os tendem a preocupar. Mesmo com o aumento da precipitação pluviométrica indicada nos cenários de mudanças climáticas para a região não significará aumento nas vazões. Isto porque, a temperatura projetada tende a subir ampliando a evapotranspiração. Este diagnóstico não é particular a área de estudo. Segundo os pesquisadores outras áreas que vem registrando aumento na precipitação pluviométrica vem sofrendo com a ampliação da temperatura do ar.
Diante do apresentado observa-se que existem áreas com redução das precipitações e outras com aumento ou estabilidade deste elemento climático. Porém, os estudos apontam acréscimos na temperatura do ar, o que já compromete, em alguns casos as vazões. Para as projeções futuras observa-se que a dinâmica permanece, porém, com estragos maiores.
Com o advento das discussões referentes às degradações dos recursos hídricos em meados do século passado foram desenvolvidos e/ou aperfeiçoados índices que apontam os graus da disponibilidade hídrica de determinada região. Para Maranhão (2007) os mais variados índices de disponibilidade hídrica podem ser uma importante ferramenta que atua como indicadores da realidade hídrica de determinadas regiões favorecendo intervenções políticas e científicas em favor de um uso racional e conversacional dos recursos hídricos.
Os indicadores utilizados para aferir os graus de disponibilidade hídrica são essenciais para traçar um diagnóstico dos mais variados níveis relacionados à escassez e a abundância dos recursos hídricos tendo como principal variante as vazões dos rios atrelada à retirada de água para o consumo humano e demais utilidades. Atualmente, muitos estudos não se limitam aos cálculos relacionados à disponibilidade, acrescentando, também, parâmetros como: qualidade das águas; impactos ambientais no ambiente aquático, entre outros (LAWRENCE et al., 2002; PÉREZ-BRANCO & GÓMEZ, 2012).
Um dos índices mais utilizados é o indicador de Falkenmark. Desenvolvido e difundido no ano de 1989, este índice trabalha diante do quantitativo de água disponível por indivíduo populacional de um determinado local. Ou seja, com base na vazão de uma bacia hidrográfica divide-se este quantitativo pelo número de habitantes da mesma ou de área administrativas menores que somadas representam toda bacia. A partir deste indicador outros foram sendo desenvolvidos levando em consideração as justificativas de seus formuladores (FALKENMARK, 1989; BROWN & MATLOK, 2011).
Aplicando o índice de Falkenmark (1989) uma região sem estresse hídrico apresenta valores menores que 1700m³ per capita. Valores entre 1700 a 1000m³ per capita classificam as áreas sobre estresse hídrico. O grau de escassez hídrico compreende os valores entre 1000 a 500m³ e as áreas com alto estresse hídrico apresentam valores inferiores a 500m³ per capita.
As reflexões frente ao indicador de Falkenmark apontam os pontos preponderantes e que precisam de ajustes futuros da referida proposta. Como pontos positivos destacam-se a praticidade da aplicação matemática, a qual não requer expressivas quantidades de informações para modelação dos dados. Por
outro lado, devido a sua simplicidade, o uso das médias pluviométricas na escala anual mascara as analises sazonais das chuvas no decorrer de 12 meses. Outra crítica feita ao modelo de Falkenmark é o não uso de variáveis sociais. Porém, o indicador em sua base de formulação foi pensado para obter a distribuição per capita de água para grupos populacionais organizados em províncias, regiões, municípios, países entre outras organizações (RIJSBERMAN, 2005; VOROSMARTY et al., 2005; JUWANA, MUTTIL & PERERA, 2012).
Atualmente, o índice de Falkenmark vem sendo adotado, com algumas adaptações, por várias agências governamentais incumbidas no planejamento e a gestão dos recursos hídricos. Um dos exemplos a serem citados corresponde a European Environment Agency (EEM, 2011), a qual publicou um mapeamento indicando os graus de estresses hídrico de toda Europa corresponde ao anos de 1971 a 2000 e, projetou dentro do cenário de mudanças climáticas A2, o estresse hídrico para os próximos 60 anos.
Outro indicador que deve ser destacado é o Índice de escassez de água de Gleick (1996). Este foi formulado visando obter os graus da disponibilidade de água para os usos básicos de grupos populacionais de determinadas regiões. Os usos básicos listados são: higiene humana; serviços de saneamentos; preparação de alimentos, entre outros. Para atingir o mínimo dos usos básicos, de acordo com a proposta do índice de Gleick são necessários no mínimo 50 litros de água por pessoa por dia. Este valor é aceito por várias organizações mundiais que discutem sobre os problemas socioambientais decorrentes da escassez de água planetária. Sua base é o índice de Falkenmark (GLEICK, 1996; GLEICK, 1998).
Pensando em uma correlação social diante do quantitativo hídrico foi desenvolvido por Ohlsson (2000) o Índice Social de Estresses Hídrico. Este indicador tem sua base no índice de disponibilidade hídrica de Falkenmark (1989). O diferencial pensado por Ohlsson (2000) diante do índice de Falkenmark (1989) é o uso da capacidade dos grupos populacionais em lidarem com os indicadores negativos da disponibilidade hídrica. Para isto, usa-se o IDH (Índice de Desenvolvimento Humano) como medida ponderada.
A disponibilidade hídrica para os mais variados fins torna-se tema de extrema preocupação para o planejamento e o gerenciamento dos recursos hídricos no âmbito internacional. Isto porque, a demanda pelo uso da água cresceu e tende a aumentar nas próximas décadas segundo a FAO (2013). Consequentemente, a ciência com auxílio dos setores de planejamento e gerenciamento dos recursos hídricos pensam e desenvolvem mecanismos técnicos para compreender o que vem ocasionando a crescente demanda, os conflitos pelos usos múltiplos da água e a elaboração de mecanismo que busquem facilitar a distribuição equitária dos recursos hídricos entre os setores usuários.
Para Rocha et al., (2013) o desenvolvimento de métodos e técnicas que auxiliem na identificação de áreas prioritárias para atuações de conservação dos recursos hídricos torna-se importante dada situação crítica da disponibilidade de água no contexto atual mundial.
Para conhecer o ambiente hídrico, atualmente, há no seio científico uma série de base estruturais, tanto do ponto de vista teórico, quanto metodológico. Uma delas está atrelada as mudanças climáticas globais, pauta de discursão, principalmente, quando se planeja executar o gerenciamento dos recursos hídricos.
No Brasil, assim como, vários países da América Latina, o crescimento das cidades vem proporcionando conflitos pelos usos das águas. No México, Perú, Jamaica, Bolívia a crescente demanda ligada ao crescimento populacional e econômico proporcionaram aumentos dos conflitos nos últimos 20 anos entre os setores agrícolas, industrial e os usuários urbanos. Situação que tende a se agravar com os atuais cenários de mudanças climáticas (FAO, 2013).
No Brasil, a circunstância não é diferente e se percebe a situação agravante quando ocorre um olhar apurado sobre a região Nordeste. Em cidades como Recife, Fortaleza já é visível às políticas de racionamento de água, as quais, segundo dados da Brasil (2013) atingem também cidades de médio e pequeno porte, tanto na região semiárida quanto na área de clima subúmido e úmido. Para Marengo (2009) os cenários de mudanças climáticas tende a ampliar a crise hídrica em várias regiões do Brasil, e desenvolver crises em regiões que ainda não experimentaram.
