Carlos Ruberto Fragoso Júnior
Introdução à gestão ambiental e
aos modelos hidrológicos
Desenvolvimento Sustentável
 Suprir a geração atual sem comprometer a futura
 Depende de ações sustentáveis através de um planejamento
integrado;
Sugere mecanismos de gestão que visem minimizar o uso e
degradação dos recursos naturais sem comprometer o
desenvolvimento.
Ecossistemas Aquáticos
• Importância sócioeconômica-ambiental
• Grande diversidade e
produtividade biológica
• Fragilidade às agressões
antrópicas, promovendo
profundas modificações...
Distúrbios nos ecossistemas
 Diversos registros nos últimos 200 anos (a maioria relacionado a
eutrofização)!!!
 Alterações nos fatores condicionantes afetam o estado atual de
um sistema;
Distúrbios nos ecossistemas
Distúrbios nos ecossistemas
Distúrbios nos ecossistemas
Mudanças catastróficas!!!
Estados Alternativos
Oscilação entre estados
alternativos estáveis:
Outros fatores condicionantes
• Biomanipulação (biológica)
• Pesca (social)
• Pisciculturas (social)
• Mudanças climáticas (climatológica)
• Barragens (física)
• ....
Importante!!!
Toda interferência externa deve ser
cuidadosamente investigada no intuito de
prevenir mudanças indesejáveis dos padrões
naturais do regime hidrológico (quantidade e
qualidade da água).
Gestão Ambiental
A gestão ambiental é uma prática muito recente,
que vem ganhando espaço nas instituições
públicas e privadas. Através dela é possível a
mobilização das organizações para se adequar à
promoção de um meio ambiente ecologicamente
equilibrado.
Gestão Ambiental
Gestão Ambiental
Os princípios e objetivos desta política seriam:
1. Identificação e avaliação dos problemas
ambientais;
2. Formulação de cenários de evolução;
3. Definição de prioridades e metas;
4. Medidas e instrumentos de política;
5. Implementação e controle.
Complexidade dos Ecossistemas
Processos físicos:
- precipitação
- evaporação
- evapotranspiração
- infiltração
- percolação
- escoamento superficial
- escoamento subterrâneo
Complexidade dos Ecossistemas
Processos abióticos:
- resuspensão
- sedimentação
- mineralização
- nitrificação
- denitrificação
- adsorção
- reaeração
Complexidade dos Ecossistemas
Processos bióticos:
- fotossíntese
- assimilação
- produção
- respiração
- mortalidade
- predação
- decomposição
Questões
Como quantificar?
Como lidar com tanta complexidade?
Como avaliar impactos ambientais?
Modelos matemáticos
O que são Modelos?
O que são Modelos?
Modelos
Modelo é uma representação simplificada de
algum objeto ou sistema, numa linguagem de
fácil acesso e uso
Desenvolvido com o objetivo de entender o
sistema e de prever as respostas do sistema em
diferentes circunstâncias
Sistemas x Modelos
Sistema
Qualquer estrutura, esquema ou procedimento, real ou
abstrato, que em um dado tempo de referência se
interrelaciona com uma entrada e uma saída.
ENTRADAS
SISTEMA
SAÍDAS
Modelo
Representacão
sistema.
SIMPLIFICADA
do
comportamento
Modelos mais utilizados: Modelos matemáticos
do
Modelos Matemáticos
Representação matemática dos processos
ambientais em sistemas hídricos
Sistemas
• Sistemas artificiais
•
•
•
•
controle do homem
variáveis controladas
saídas são mais previsíveis
Exemplos: circuitos elétricos, edifícios
• Sistemas naturais
•
•
•
•
•
Não foram dimensionados pelo homem
Processos físicos nem sempre completamente entendidos
Saídas mais imprevisíveis
Observar comportamento para diminuir ignorância
Exemplos: bacias hidrográficas, estuários
Questões intrigantes!
Se é possível medir as variáveis de interesse em meu sistema por
que necessito de um modelo?
Se eu disponho de um modelo por que necessito medir as variáveis
de interesse?
Modelos - Princípios
Um modelo é uma representacão simplificada de algum
objeto ou sistema desenvolvido com o objetivo de entendê-lo
e buscar suas respostas para diferentes entradas.
O modelo deve ser visto como uma
ferramenta e não como um objetivo.
Nenhum modelo cria informação !!
Uso de modelos hidrológicos
Extender séries de vazões observadas no espaço e no
tempo;
avaliar estratégias operacionais;
Prever a resposta da bacia antes de modificações
(estruturais e não estruturais);
calcular eventos extremos (cheias);
Avaliar a qualidade da água
Previsão de vazões;
Questões históricas
• Hidrologia do início do século(?) até a
década de 60:
•
•
•
•
•
Conceitos, experimentos
Equações fundamentais (Darcy, Saint Venant)
Experimentos de Horton
Evapotranspiração
Ler Coletânea de papers Streamflow Generation
Processes
Questões históricas
• Hidrologia do início do século(?) até a
década de 60:
•
•
•
•
•
Conceitos, experimentos
Equações fundamentais (Darcy, Saint Venant)
Experimentos de Horton
Evapotranspiração
Ler Coletânea de papers Streamflow Generation
Processes
Histórico de desenvolvimento
Reaeração
1925-1960 (Streeter-Phelps)
Problemas: efluentes primários e não tratados
Poluentes: DBO/OD
Sistema: rios e estuários (1D)
Cinéticas: linear
Soluções: analíticas
1960-1970 (computacional)
Problemas: efluentes primários e não tratados
Poluentes: DBO/OD
Sistema: rios e estuários (1D / 2D)
Cinéticas: linear
Soluções: analíticas e numéricas
DBO
OD
P
R
ODsed
Histórico de desenvolvimento
Peixes
1970-1977 (Biologia)
Problemas: eutrofização
Poluentes: nutrientes
Sistema: rios, lagos e estuários (1D / 2D / 3D)
Cinéticas: não-linear
Soluções: numéricas
Zoo
Fito
NO3
NH3
PO4
Porg
Norg
1977- hoje (Tóxicos)
Problemas: tóxicos
Poluentes: orgânicos e metais
Sistema: interações água-sedimento
Interações da cadeia alimentar (1D / 2D / 3D)
Cinéticas: não-linear
Soluções: numéricas e analíticas
Sólidos
Tóxicos
Biota
água
sedimento
Sólidos
Água
intersticial
Bentos
Impulso de Sensoriamento Remoto e SIG
• Na década de 90, os avanços de modelos
distribuídos na escala da bacia hidrográfica
(meso escala) mostrou avanços importantes
principalmente através: do uso do
geoprocessamento que permitiu a identificação
espacial das variáveis de entrada e de atributos
físicos das bacias, também utilizada nos citados
modelos no parágrafo anterior; uso de incerteza
na estimativa de parâmetros mas sensíveis;
Desafios no desenvolvimento de modelos
chuva-vazão
• Conceitualmente o desafio sempre foi muito grande
devido a vários fatores como os seguintes:
– como representar um processo que observamos a nível pontual,
para uma escala espacial de milhares de quilômetros
quadrados?
– como representar a irregularidade da natureza na forma de
variáveis e parâmetros que representem de forma adequada os
principais processos quantitativos e qualitativos?
– como diminuir a incerteza das estimativas das variáveis
hidrológicas e dos parâmetros de vários sub-modelos, quando
existem apenas a variável observada de entrada (precipitação e
evapotranspiração) e de saída (vazão ou nível) de uma bacia?
– como amostrar elementos da bacia que permita avaliar o
comportamento hidrológico a partir de visita ao campo (como
outras ciências fazem)?
Presente - Futuro
• Ainda os computadores:
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•
•
Processamento paralelo
Interação com SIG
Usuário (interface)
Sistemas de Suporte à Decisão
Ciclos biogeoquímicos
Organismos Aquáticos
• Até segunda que vem...