Blog do Tucci

Nesta semana iniciamos uma série de textos sobre os modelos hidrológicos com os conceitos principais destas ferramentas utilizadas em Recursos Hídricos. Esta é uma sequência de seis matérias que serão postadas no blog ao longo do tempo (provavelmente intercalada por outros assuntos), iniciando com esta e no futuro com os seguintes títulos: desenvolvimento histórico, estrutura, incertezas, usos e desafios.

A representação dos processos hidrológicos através de modelos é a forma encontrada pelo hidrólogo para estudar os diferentes componentes do ciclo hidrológico e as interações antrópicas. Existem várias formas desenvolvidas para modelar a realidade como o protótipo amostral de um espaço físico real, a visão teórica qualitativa dos processos e a formulação matemática de como se processam os diferentes fenômenos. O modelo existe apenas na nossa imaginação (segundo Stephen Hawkins), é uma representação idealizada de como observamos e entendemos a natureza.

Existem modelos de comportamento que descrevem os processos; modelos de otimização que otimizam um ou mais sistemas projetados e podem utilizar os modelos de comportamento; os modelos de planejamento englobam os anteriores e outros, na busca de tomada de decisão para o desenvolvimento ou conservação hídrica.

No desenvolvimento e análise dos modelos existem processos entendidos e representados de forma determinística, ou seja explicado de forma empírica ou conceitual sem o uso de tratamento estatístico e modelos estocásticos que tratam os processos de forma estatística no tempo, ou ainda a combinação dos anteriores. Neste último os processos conhecidos são tratados com equações determinísticas e os resíduos são explicados por tratamento probabilístico.

O uso de técnicas estatísticas e determinística está sempre presente no estudo das formulações dos modelos hidrológicos, devido principalmente ao conjunto de incertezas envolvidas nos dados, heterogeneidade espacial e temporal dos processos e da combinação caótica de vários sistemas não-lineares.

As principais variáveis hidrológicas são estocásticas devido à dificuldade de representação e entendimento do determinismo que produzem a sua variação temporal, que depende essencialmente dos condicionantes climáticos. Os modelos estocásticos têm sido muito utilizados em hidrologia para representar inferir sobre as variáveis dos processos ou complementar os modelos determinísticos.

Os modelos determinísticos buscam a representação dos processos identificados pelo pesquisador através de equações com variáveis que representam valores no tempo e espaço dos fenômenos envolvidos e parâmetros que retratam condições específicas do sistema representado.

A existência de um modelo para simular um processo não garante que os resultados obtidos sejam adequados e as incertezas envolvidas geralmente se relacionam com: a capacidade do modelo em representar os processos; os erros de medidas e representação das variáveis de entradas e; a variabilidade dos parâmetros para representar o sistema.

A capacidade que um modelo possui para descrever os processos envolvidos depende das formulações utilizadas e suas limitações. Por exemplo, um modelo de escoamento de rios que não considera os efeitos de jusante sobre o escoamento de montante pode ser utilizado quando estes efeitos são desprezíveis, caso contrário as estimativas obtidas apresentarão grandes incertezas e o modelo não terá utilidade. A dificuldade que geralmente aparece está em diferenciar a fonte dos erros, quando pelo menos uma das três incertezas destacadas acima ocorrem, ou seja, modelo inadequado, dados deficientes e parâmetros pobremente estimados. Este cenário é mais crítico em problemas onde dificilmente existem dados para provar os resultados dos modelos, como na simulação hidrodinâmica de ondas de rompimento de barragem.

A engenharia tem utilizado com parcimônia muitos dos modelos para gerenciamento dos recursos hídricos, mas muitas vezes sem um exame adequado das suas limitações, o que tem produzido incertezas nas decisões e nos projetos de recursos hídricos.

Esta semana passada estive no evento da Unesco em Paris (o que não me permitiu ir a Campo Grande no evento da ABRH) denominado “Road Map Towards Risilient Urban Environment”, traduzido por: Caminhos para um ambiente Urbano Resiliente. Resiliente é uma palavra em português pouco conhecida, mas representa neste caso a resistência humana e ambiental a eventos naturais e antrópicos nas cidades. Por exemplo, uma população é vulnerável a inundação e pode ser tornar resliente a inundação com determinadas medidas.
O evento é uma promoção européia com a UNESCO sobre inundações urbanas. Apresentei no primeiro dia entre os convidados o seguinte: ” Latin American challenges on Urban Flood Management” (Desafios em Gestão das inundações Urbanas na América Latina).

O evento teve características européias onde se abordou principalmente as inundações ribeirinhas, que são inundações naturais de grandes e médios rios que atravessam as cidades. Como as cidades européias crescem pouco em densidade e expansão urbana os problemas de drenagem urbana (Os Ingleses chamam de “Pluvial floods” e os americanos de “Stormwater floods”) aparecem menos. Diferente da América Latina que possui grandes expansões urbanas com evidentes prejuízos na drenagem urbana das cidades pelo aumento da vazão máxima devido a intensa impermeabilização ao longo do tempo.

Na minha sessão foi apresentado por P. Campostrini (diretor da entidade de gestão da área) o projeto de controle de cheia de Veneza que deverá utilizar de comportas móveis para evitar as freqüentes inundações proveniente do mar e atingem a cidade. No último ano ocorreram nove enchentes. Além desta obra hidráulica o projeto tem preocupações ambientais de recuperação das áreas costeiras que sofreram impacto do desenvolvimento de montante como a redução de sedimentos.

As sessões técnicas trataram de aspectos políticos institucionais, mudanças climáticas relacionadas, tecnologias de apoio a resiliência, capacitação e lições dos grandes desastres. Não foi possível acompanhar todas as sessões, mas um dos aspectos que me chamou a atenção foram planos urbanos para tornar as casas, prédios e cidades mais resistentes a cheia, como a casa flutuante e planejamento de espaços urbanos considerando estas condições. Não são idéias novas, pois as próprias palafitas são formas de resiliência a inundação, no entanto deve-se dar condições sanitárias e de comunicação a esta cidade que flutua em locais onde a inundação pode durar por muito tempo como nas cheias ribeirinhas. Isto me fez lembrar de Manaus onde as palafitas junto a área de drenagem urbana interna da cidade, não possui condições ambientais adequadas, pela falta de esgoto, velocidade alta da água nos canais quando não está remansado e o lixo que retém.

Outra apresentação interessante foi da vice-prefeita de Paris sobre as inundações na cidade. No próximo ano a cidade comemora os 100 anos da grande cheia de 1910. Foram apresentadas as áreas sujeitas as inundações na cidade, onde se observa que quando ocorre uma inundação importante os impactos impedem o metro de funcionar e parte de conhecidas áreas de Paris ficam inundadas.

A resiliencia a inundação é uma área interessante para ser explorada no âmbito planejamento do espaço e de construções associado a gestão de inundações. Existe espaço interessante de desenvolvimento e pesquisa neste assunto para os alunos e futuros engenheiros.

Nas semanas que seguem continuaremos com o conteúdo de modelos matemáticos hidrológicos.

O comportamento hidrológico de uma área depende das intervenções sobre a sua superfície. As alterações de superfície nesta escala mostram:

•Aumento de escoamento com o desmatamento;
•Aumento do escoamento com a impermeabilização;
•Variação dos efeitos com a escala dos processos de acordo com o tipo de plantio para culturas anuais.

O comportamento do escoamento na bacia pode produzir resultados variados de acordo com a escala da bacia. Silva Jr (2001) utilizou dados da bacia representativa do Poritibu, afluente do Ijuí e do Uruguai no Oeste do Rio Grande do Sul. As bacias possuem dados de 1989 a 1999, sendo que no período de 1989 a 1994 as bacias tinham plantio convencional com terraceamento, enquanto que no período subsequente toda a região alterou para plantio direto. Este tipo de plantio altera o escoamento superficial fazendo com praticamente toda a precipitação infiltre, gerando preponderantemente escoamento sub-superficial. As bacias possuem as seguintes dimensões: Anfiteatro 0,125 km2, Donato 1,1 km2 e Turcato 19,5 km2. . As duas primeiras de escala de transição e a última, escala dentro da meso-escala. No plantio direto a vazão média de inundação reduziram em 31 e 22,5 % respectivamente, para Anfiteatro e Donato, enquanto que no Turcato aumentou de 39%.
Este resultado inicialmente surpreendente pode ser explicado. A precipitação se infiltra na camada superior do solo, predominantemente escoa pelos caminhos preferenciais dentro do solo. Este escoamento ocorre por distâncias limitadas, em função da declividade, saindo no ravinamento ou nos canais naturais de escoamento. O lençol freático, nestas condições, possui constante alimentação. Para as bacias menores o escoamento é predominantemente através do sub-solo, reduzindo o escoamento superficial, no entanto a medida que a bacia aumenta o escoamento sub-superficial já entrou nos canais e passa a ser considerado escoamento superficial mantendo sempre com fluxo maior que o cenário anterior.
Cenários como estes ocorrem na meso-escala que é um integrador dos processos de vertente. No entanto, a percepção humana de observação dos processos ocorre na micro-escala que pode resultar em comportamento diferente. Somente a ampliação da coleta de dados em diferentes escalas pode permitir entender os diferentes efeitos hidrológicos e ambientes (ecohidrologia) que estão fortemente integrado dentro da visão da teoria caótica, onde a micro não explica o comportamento da macro.
Estas características poderiam ser previstas por um modelo hidrológico que simulasse a bacia maior? Ou mesmo as menores? Provavelmente algum parâmetro seria forçado, artificialmente a obter os resultados da vazão, mas dificilmente o modelo retrataria o comportamento físico, pois na sua maioria os modelos seguem os conceitos hortonianos (1) de separação de escoamento e movimento de fluxo no sub-solo e não considera a diferença entre as áreas de recargas e de escoamento, caminho preferencial, entre outros. Portanto, o modelo não substitui a medida e observação dos processos na bacia, nas suas diferentes escalas. A simples discretização em módulos não significa que o modelo estará captando todos os processos existentes, pois a medida que a bacia aumenta abstrações da realidade são desenvolvidas, já que representar cada variabilidade física torna o problema insolúvel devido a magnitude de informações envolvidas e o próprio usuário perde percepção do seu entendimento.
Neste sentido, é hoje razoável de se buscar o seguinte:

(a)discretização e representatividade dos processos de acordo com a exigência do problema em estudo. Por exemplo, quando se deseja conhecer o efeito do uso do solo numa bacia de poucos hectares é necessário uma discretização de alguns metros de todos os processos, retratando os cenários desejados. No entanto, quando se deseja a vazão de saída de uma bacia em função da precipitação, sem uma preocupação maior sobre a alteração do sistema, considerando o sistema estacionário, o principal compromisso é o com o hidrograma de saída e o modelo apenas necessita representar os cenários de previsão de forma adequada. Estas são situações como a previsão de cheia em tempo real, dimensionamento de uma obra hidráulica, entre outros;
(b) quando uma bacia maior necessita ser simulada, as variações na pequena bacia (transição de escala), o modelo deve captar os principais processos da micro escala que podem influenciar de forma sensível as vazões de saída ou processos relacionados.

Portanto, O uso do modelo em diferentes escalas está diretamente ligado aos objetivos do seu uso, o nível de precisão desejado e os efeitos principais envolvidos.

SILVA, Jr. O 2001. Análise da Escala das variáveis hidrológicas na bacia do rio Potirubu Rs, dissertação de mestrado. Instituto de Pesquisas Hidráulicas. UFRGS.

(1) No conceito Hortoniano a água infiltra e gera escoamento subterrâneo, sem retornar para a superfície da bacia. No conceito de área de recarga a água infiltra nas áreas de recargas e retornar a superfícies nas áreas afluxo.

Nas últimas semanas discutimos a metodologia de enquadramento de um rio, que tem seu padrão de qualidade da água associado a uma vazão de referência. Esta vazão de referência está relacionada com a chamada “vazão sanitária”, que é o critério de vazão mínima ou de estiagem que permita manter a qualidade da água adequada. Portanto, a concentração obtida na norma somente será rompida para vazões inferiores a de referência adotada.
O efeito ambiental sobre a variação da quantidade de água de um rio é tratado por diferentes denominações como: vazão remanescente, vazão ambiental, hidrograma ambiental ou ecológico. Quando é mencionado um valor de vazão pode passar a idéia que basta fixar uma vazão limite para dar sustentabilidade ambiental, enquanto quando se menciona o hidrograma, parte-se do princípio que o que se busca é um padrão de variabilidade temporal da vazão para permitir as condições desejadas. Os objetivos ambientais são de minimizar as alterações da quantidade de água no tempo e no espaço que afetem funcionamento dos ecossistemas.
O regime de vazões influencia diretamente a composição e integridade biótica de corpos d’água. A biodiversidade está diretamente atrelada à heterogeneidade de habitats, a qual depende da manutenção de padrões naturais de vazão. O regime hidrológico é caracterizado pelas variáveis hidrológicas como vazão, velocidade, profundidade do escoamento, e sua variabilidade expressa por: magnitude, freqüência, duração, previsibilidade e taxa de variação. Estas variáveis influenciam os elementos que compõem a integridade biótica representado pela: qualidade da água, suas fontes de energia, habitat físico e interações bióticas.
Na figura abaixo é representado o hidrograma e as partes do mesmo no qual são identificados os princípios esperados de sustentabilidade da integridade biótico dos corpos de água. No primeiro princípio são caracterizados as relações do canal de escoamento e o habitat e a diversidade biótica representada pelo hidrograma médio. O segundo princípio caracteriza os padrões de vida que necessita da variabilidade hidrológica sazonal e inter-anual. No terceiro princípio envolve a conectividade longitudinal e transversal dos fluxos e nutriente associados, o que está relacionado com as taxas de variação das vazões ao longo do ano e entre anos. O quarto princípio caracteriza o comportamento do regime natural que alterado pode inibir invasões.
Do conflito entre usos dos recursos hídricos e as alterações na variabilidade das vazões para a conservação do regime hidrológico, surge a necessidade de trabalhar regimes de vazões que mantenham aspectos-chave do regime natural, e não mais assumir a possibilidade de proteger completamente ecossistemas.
Para buscar este equilíbrio entre demandas de alocação de água e a conservação ambiental é necessário estabelecer metas que estão relacionadas diretamente com o ecossistema em estudo. Esta prática envolve a conservação e manutenção de bens e serviços ambientais considerados essenciais e a orientação para o desenvolvimento de atividades antrópicas em função da capacidade de suporte destes ambientes.
Para atingir estas metas é necessário responder algumas perguntas como:
• Quais os aspectos ambientais que dependem da distribuição temporal e espacial das variáveis hidrológicas?;
• Dentro destes aspectos quais as metas (o que desejamos conservar?) que devem ser atingidas quanto à conservação do sistema?
• Quais as principais ações antrópicas que ameaçam estas metas?
• Quais os indicadores que permitem avaliar as relações causas – efeito e quantifica a mitigação dos efeitos das ações antrópicas?
Portanto, em cada realidade ambiental devem-se identificar as metas ambientais de conservação os condicionantes sobre o hidrograma a ser mantido. O conhecimento eco-hidrológico é ainda limitado para dar respostas determinísticas a estas perguntas. Várias técnicas estatísticas têm sido usadas para buscar estas respostas, mas ainda não temos relações definidas que nos permita estabelecer metodologias indiscutíveis quanto a relação causa-efeito. Existe ainda um espaço muito grande de pesquisa dentro desta área, mas é necessário interligar conhecimentos biológicos e hidrológicos.

Figura Principíos do Hidrograma ecológico
Bunn, S. E.; Arthington, A. H. 2002 Basic principles and ecological consequences of altered flow regimes for aquatic biodiversity. Environmental Management Vol. 30 No. 4 pp. 492-507

A resolução do CONAMA 357/2005 estabelece os critérios de classificação dos rios para enquadramento para uma vazão de referencia. Esta vazão não é especificada, o que deixa em aberto um dos principais critérios de enquadramento, já que como mostramos na semana passada, a vazão do rio varia com o tempo e espaço e influencia diretamente a concentração.
A definição da vazão de referência depende das condições das fontes de contaminações e das metas para um trecho de rio. Quando as fontes de contaminações são pontuais, as cargas tendem a ser permanente no tempo e representam a chamada condição “sanitária” (cargas de cidades ou indústrias). Nesta condição a vazão mais crítica é de estiagem, quando a capacidade de diluição do rio se reduz (menor vazão do rio para diluir a carga que entra). Nesta situação a literatura tem utilizado a chamada vazão Q7,10, que é a vazão mínima de 7 dias de duração e 10 anos de tempo de recorrência (com um risco de 10% ocorrer valores menores ou iguais a este em qualquer ano). No entanto, considerando que a classe de um rio, representa uma meta e deseja-se que esta meta seja atendida o maior tempo possível da série, é recomendável utilizar-se de uma vazão relacionada com sua duração no tempo. Por exemplo, ao utilizar-se a Q95 (indica que as vazões são maiores ou iguais a ela durante 95% do tempo) para a vazão de referência, a classe do rio é atendida pelo menos 95% do tempo. Adicionalmente, pode-se estabelecer que o rio deva ter pelo menos a classe inferior a esta para as vazões entre 95% e 100%, garantindo assim, certos condicionantes do rio. Por exemplo, para a classe em que o oxigênio dissolvido é ≥ 5 mg/L, na classe inferior a condição é de 3 mg/L, o que garantiria vida aquática mesmo nos cenários mais críticos.
O cenário discutido acima para a vazão de referência destaca apenas a carga pontual de cidades e indústrias, mas não considera as cargas difusas da agricultura e urbana sobre o mesmo rio. Além disso, prioriza o impacto devido a redução da qualidade da água (concentração), mas não considera os efeitos das alterações da quantidade de água sobre a sobrevivência da fauna e flora de curso d’água.
A situação crítica de carga difusa ocorre no período chuvoso, oposto da carga pontual e a situação crítica ocorre na primeira parte do hidrograma, quando a carga é alta pelo transporte de nutrientes e poluentes para dentro do rio, reduzindo-se depois. Geralmente esta carga ocorre com os primeiros 20 a 35 mm de chuva. Na figura abaixo é possível observar o hidrograma (vazão ao longo do tempo) e o polutograma (concentração ao longo do tempo). Nesta figura se observa que a maior carga (Q. C) ocorre no início da chuva. Isto decorre da lavagem de superfícies, que após vários dias sem chuvas, os poluentes que estão no ar se depositaram, como derivados de petróleos e nutrientes (áreas urbanas). Em áreas rurais lava os pesticidas e outros nutrientes orgânicos e nas florestas a matéria vegetal depositada na superfície. Observa-se em regiões da Amazônia e Pantanal, que no início do período chuvoso a redução rápida de oxigênio na água e mortandade de peixes devido à grande carga de folhas, galhos, etc, levado para a água para os rios. A sua decomposição utiliza muito oxigênio produzindo a mortandade.
Assim, a jusante das cidades existem dois períodos potencialmente críticos de contaminação: na estiagem por baixa vazão e no início da chuva com a contaminação pluvial. Observa-se nestes casos que a gestão não está relacionada a uma vazão de referência, mas a carga inicial pluvial. A prática internacional para este tipo de problemas nas cidades é de reter e tratar a primeira parte da chuva, onde se concentra 80% da carga.
O terceiro cenário mencionado acima, sobre o efeito da alteração da vazão e o comprometimento da fauna e flora se refere as chamadas vazões ambientais, ecológica ou hidrograma ecológico. Este é um assunto para outra matéria no futuro. Uma introdução ao assunto foi feita alguns meses atrás neste blog.
O que desejamos mostrar é que a regulação para o enquadramento dos rios baseada na resolução do CONAMA necessita de aprimoramentos para tratar a diversidade de cenários ambientais e não ficar somente no cenário de cargas pontuais, sem uma definição concreta da vazão de referência. O desenvolvimento da gestão de água e meio ambiente necessitam de normas atualizadas

Atualmente no Brasil, o monitoramento de qualidade da água é realizado de forma deficiente devido a falta de medição da vazão junto com as medidas de concentrações de um rio. Mencionamos em várias matérias este problema e, neste texto vamos discutir esta problemática, já que venho observando isto em todos os projetos que tenho trabalhado e infelizmente não observo qualquer alteração ou melhoria nos últimos 20 anos!!!
A concentração de uma substância num corpo hídrico é medida geralmente em mg/L (miligrama por litro), portanto é uma proporção da mesma encontrada na água. Para termos o seu total temos que multiplicar pelo volume ou vazão. Multiplicando pela vazão, fornece o volume da substância que passa por uma seção de um rio por unidade de tempo. Se a vazão estiver em L/s (litros por segundo. A carga, que é vazão multiplicada pela concentração = Q.C será obtida em mg/s ou multiplicando 86.400 (numero de segundos do dia) e dividindo 1 milhão obtém-se em kg/dia (unidade usualmente utilizada).
Portanto, se ao medir o efluente de uma indústria ou de uma cidade que entra num rio medirmos somente a concentração não saberemos quanto de carga entra no rio. Da mesma forma, quando medimos num rio a concentração da substância (por exemplo, OD-Oxigênio Dissolvido, DBO- Demanda Bioquímica de Oxigênio, N- Nitrogênio total, O – fósforo total, etc) temos a proporção destas substâncias naquele momento no rio. Estes dados somente possuem validade para aquele instante, medem o impacto instantâneo sobre o rio, mas não permitem analisar as fontes de poluição sem a vazão, pois não temos a carga. O próprio CONAMA na resolução anterior a 357/2005 não considerava a vazão para definição das concentrações das classes, introduzindo depois (resolução acima) a vazão de referência, sem defini-la.
Considere um rio que recebe uma carga de DBO com 200 mg/L de concentração e 185,2 L/s de vazão (corresponde a aproximadamente a uma cidade de 100 mil habitantes). A concentração medida no rio é de 32 mg/L quando a vazão do rio estiver em 1000 L/s e 8 mg/L quando estiver em 5000 L/s. Medindo apenas a concentração teríamos o valor de 32 mg/L e 8 mg/L em datas diferentes sem conhecer as razões de sua variação.
Portanto, para entender as causas e atuar sobre as fontes de contaminação nos rios é necessário medir as vazões associadas às concentrações. Não é necessário medir em todas as seções, se as fontes são pontuais, como efluentes industriais ou domésticos, pois a sua condição crítica é a estiagem e a vazão tende a variar pouco ao longo do tempo, se aproximando de uma condição de regime de fluxo permanente. Existindo um local no rio com medidas de vazões, a concentração mesmo em outras seções, pode ser relacionada, como no perfil apresentado na figura abaixo para o rio dos Sinos. No caso abaixo, procurou-se a data das medidas de concentração dos postos de várias entidades que não possuíam vazão e com esta data obteve-se para o mesmo dia a vazão do posto que exista no rio. A figura mostra o perfil da curva simulada (modelo de qualidade da água) e a variação dos valores de concentração em cada posto com medições para o intervalo de vazão (adotou-se a vazão média do intervalo). Este perfil pode ser elaborado para vários intervalos de vazão e estabelecido uma relação entre concentração e vazão para cada seção. Lembre-se que este procedimento somente é válido para fontes de poluições pontuais.
Queremos demonstrar dois aspectos neste texto: (a) é possível recuperar as informações existentes de forma mais consistente desde que existam dados de vazão na vizinhança; (b) é necessário mudar a prática hoje existente no Brasil e principalmente a formação técnica dos profissionais que atuam na área. A principal culpa do que ocorre está na falta de conhecimento de quem ensinou estes profissionais, apesar de que a busca de melhorar o conhecimento não faz mal a ninguém!

Nas últimas semanas estamos discutindo o enquadramento dos rios que é a forma de desenvolver as ações para despoluição dos rios. Nesta semana completaremos a sequência de artigos com a metodologia e as atuais dificuldades de implementação desta metodologia.
Os principais critérios para preparação a proposta de enquadramento previstos na resolução n. 91/2008 são resumidos a seguir:

(a)A proposta deve conter no mínimo um diagnóstico, prognóstico, propostas de metas relativas às alternativas de enquadramento e programa de efetivação;
(b) A proposta deve considerar de forma integrada as água superficiais e subterrâneas com vistas a qualidade e quantidade para os usos preponderantes;
(c) O diagnóstico deve abordar: caracterização da bacia hidrográfica e do uso e ocupação do solo, com identificação de águas superficiais e subterrâneas e suas interconexões; localização dos usos e interferências que alterem quantidade e qualidade da água; cargas de poluição pontuais e difusas; disponibilidade, demanda e condições da qualidade da água superficial e subterrânea; potencialidade das águas subterrâneas; mapeamento das áreas vulneráveis e suscetíveis a riscos e efeitos de poluição, contaminação, super-explotação, escassez de água, conflitos de uso, cheias, erosão e subsidência, entre outros; identificação das áreas reguladas por legislação específica; arcabouço legal e institucional pertinente; políticas, planos e programas locais e regionais existentes, especialmente os planos setoriais, de desenvolvimento sócio-econômico, plurianuais governamentais, diretores dos municípios e ambientais e os zoneamentos ecológico-econômico, industrial e agrícola; caracterização socioeconômica da bacia hidrográfica; e capacidade de investimento em ações de gestão de recursos hídricos;
(d) No prognóstico deverão ser avaliados os impactos sobre os recursos hídricos superficiais e subterrâneos advindos da implementação dos planos e programas de desenvolvimento previstos, considerando a realidade regional com horizontes de curto, médio em longo prazo, e formuladas projeções consubstanciadas em estudos de simulação dos seguintes itens: potencialidade, disponibilidade e demanda de água; cargas poluidoras de origem urbana, industrial, agropecuária e de outras fontes causadoras de alteração, degradação ou contaminação dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos; condições de quantidade e qualidade dos corpos hídricos; e usos pretensos de recursos hídricos superficiais e subterrâneos, considerando as características específicas de cada bacia;
(e) Os horizontes e prazos das projeções serão estabelecidos pela entidade responsável pela elaboração da proposta de enquadramento, considerando as diretrizes e as recomendações existentes para a bacia hidrográfica, formuladas pelo Comitê de Bacia Hidrográfica, pelo órgão gestor de recursos;
(f) As propostas de metas relativas às alternativas de enquadramento deverão ser elaboradas para os cenários de curto, médio e longo prazos, em função de um conjunto de parâmetros de qualidade da água e das vazões de referência definidas para o processo de gestão de recursos hídricos. Estes parâmetros são definidos de acordo com os usos;
(g) O programa para efetivação do enquadramento deve conter propostas de ações de gestão e seus prazos de execução, os planos de investimentos.

Apesar de bem estabelecida esta resolução quanto às metas e procedimentos para o enquadramento e a busca da melhoria das condições hídricas e ambientais, certamente existirão incertezas quanto ao seguinte:

•Articulação institucional das entidades de governo a execução e implementação das ações esperadas para a bacia. Como o comitê e órgãos ambientais não possuem instrumentos punitivos é possível que as entidades públicas que atualmente não tratam esgoto ou não investem neste tipo de infra-estrutura não terão motivação para executá-la;
•Os investimentos dos municípios e entidades públicas relacionadas com os recursos hídricos dependem de fundos de financiamentos. Nenhuma regulação terá efetividade se não houver meios financeiros associados que permita investir no seu cumprimento. Para que uma norma seja cumprida devem ser associados meios econômicos dentro de um programa de governo, o que infelizmente não existe;

Portanto, se não houver responsabilização pelas ações previstas, com recursos definidos e existentes para efetivação das medidas no programa de ajuste para o enquadramento, será mais um Plano utópico.

Duas semanas atrás discutimos o processo de enquadramento, que é o instrumento previsto na política de Recursos Hídricos para definição da meta de qualidade de água de um trecho de rio. Este enquadramento é realizado com base no uso da água e nas fontes de impactos do rio.
A resolução CONAMA 357/2005 define as classes (veja na tabela abaixo a definição das classes) no qual podem ser enquadrados os rios com base nos limites de concentração de determinadas substâncias (por exemplo, OD- Oxigênio Dissolvido, DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio, P – fósforo, DQO – Demanda Química de Oxigênio, etc).
As concentrações destas substâncias devem estar relacionadas a uma vazão de referência, que não é definida na resolução. A vazão de referência tem sido definida por estatísticas da vazão: (a) vazão mínima de 7 dias 10 anos (vazão média mínima de duração de 7 dias, com risco de ocorrência de, em média, ocorrer 1 vez a cada 10 anos); (b) vazões da curva de permanência com uma determinada probabilidade de ocorrência no tempo, por exemplo a vazão com 95%. Vazões maiores ou iguais a esta ocorrem em 95% do tempo no rio, portanto 5% as vazões são menores que esta.
Nesta regulamentação admite-se que a situação limite ambiental ocorre somente na estiagem ou para uma condição de vazão mínima. Isto é verdade quando a carga poluente é definida por uma única vazão e concentração num rio com capacidade de diluição limitada (estiagem). Esta é uma condição limite sanitária. Para os outros impactos ambientais resultantes, por exemplo, da variação da vazão e modificação ambiental da fauna e flora do sistema hídrico, a legislação não regula, pois não é uma “vazão de referência” , mas sua variabilidade temporal e espacial que influenciam a vida aquática.
Na realidade prática o maior problema é a inexistência de monitoramento de concentração e de vazão na mesma seção. É incompreensível que praticamente todas as entidades ambientais no Brasil não monitorem concentração de substância e a vazão na mesma seção. Desta forma é impossível aplicar a legislação devido a falta de informações. A medida isolada da concentração somente indica a situação daquele rio naquela seção naquele momento, mas não permite utilizar esta informação para ajustar uma modelo que permitirá fazer prognóstico de cenários de controle. A prática das entidades é de fazer algumas medidas de concentração durante um ano (períodos secos e úmidos), o que é estatisticamente desastroso, pois a chance de que este ano seja amostralmente tendencioso é superior a 90%. O importante para uma determinado rio é conhecer a sua carga, que é o produto da concentração pela vazão (Q.C) e não apenas a concentração.
No processo de enquadramento, as entidades ambientais e de recursos hídricos propõem para o comitê de bacia a classificação dos trechos dos rios. O comitê analisa e aprova esta classificação. O que tem ocorrido, nos trechos de rios muito poluídos é que a classificação adotada tem sido de classe 4, que é a pior classificação. No entanto, a legislação prevê que isto é uma meta e não uma situação. Esta confusão, faz que o próprio comitê ao adotar uma meta de classe 4, tenha abandonado qualquer pretensão de recuperar a qualidade da água deste rio. No caso de classe 4, o rio não deverá ter peixes e vida aquática. É lamentável ver que isto ocorra em diferentes locais do país. Será que é esta situação que desejamos ou que temos como meta final para um determinado rio? Será que como sociedade, não exista condições de reverter esta situação, investindo de forma adequada na redução das cargas poluentes?
Na próxima semana discutiremos como poderíamos quantificar as reduções de cargas poluentes e depois como planejar e efetividade das mesmas.

A alteração do uso do solo para urbanização resulta principalmente em áreas impermeáveis construídas, como ruas, passeios, residências, estacionamentos, prédios comerciais e industriais, entre outras construções. Existem vários efeitos ambientais que esta alteração pode produzir no ambiente, combinadas com outras ações da população. Não estamos aqui discutindo os efluentes industriais e urbanos, mas o resultado para os rios das águas pluviais que agora devem encontrar um novo espaço de escoamento.
Os efeitos ocorrem nas bacias hidrográficas de montante para jusante, depois que a água cai sobre a superfície. As causas se devem a alteração do solo e como a mesma foi realizada (impermeabilizações que aceleram o escoamento e produzem erosão), a poluição aérea que pode ser a fonte de contaminação da qualidade da água, além de outras contaminações de superfícies por ação induzida na cidade.
Existem impactos físicos como: aumento do volume de escoamento superficial, já que a água que antes infiltrava ou era evaporada, escoa para jusante; e aumento do pico do hidrograma de eventos chuvosos (figura 1). O coeficiente de escoamento que retrata a relação entre a vazão e a precipitação aumenta como mostra a figura 2. Estes efeitos produzem como conseqüência inundações (já que aumentando a vazão, a seção do rio não suporta e extravasa), erosão do leito do rio alterando a sua seção e gera áreas degradadas, poluição das águas e alterações na fauna e flora dos rios. Com a impermeabilização também diminuem a infiltração e a redução da recarga dos aqüíferos.
Com base num conjunto de indicadores de uma região dos Estados Unidos foi obtido um gráfico relacionando área impermeável e qualidade dos rios (figura 3). O que mostra este gráfico é que acima de 10% de área impermeável, o impacto é observado e acima de 25% os mesmos são severos. Deve-se considerar que existe uma razoável subjetividade nesta avaliação, mais permite obter uma magnitude de análise. Atualmente temos dados dispersos e qualitativos.
Considerando que estes indicadores fossem razoáveis, qual deveria ser a densidade habitacional aceitável para termos os impactos dentro da faixa entre 10 e 25%, aceitando que os mesmos sejam aplicáveis a nossa realidade? Utilizando a curva que determinamos com dados de Porto Alegre, São Paulo e Curitiba e a área limite de 25%, a densidade seria da ordem de 50 habitantes por hectare. No entanto, estas curvas retratam transições de ocupação urbana e não a sua ocupação final. Para termos a densidade desejada num desenvolvimento urbano com 65% de área pública e 35% de área privada. A equação fica

0,25 = 0,65 p + 0,35 ai pu

onde p é a proporção de área impermeável de área privada e pu de área pública. Considerando que arruamentos e passeios combinados com praças cheguem a 50% de área, as áreas privadas (o que já não é fácil), os lotes deveriam ter 11% de área impermeável, o que é pouco viável na realidade brasileira. Como então buscar sustentabilidade? Isto pode ser buscado por medidas que compensem estes efeitos nos lotes. Nas próximas semanas vamos discutir este assunto.
Sugerimos aos alunos de mestrado e doutorado que existe um espaço interessante de desenvolver conhecimento sobre na relação área impermeável e os impactos nos rios e no seu ambiente. A publicação na figura 3 (veja citação abaixo) é um bom começo, pois é uma espécie de revisão sobre o assunto. A mesma pode ser copiada no site da EPA, juntamente com outras publicações.

Figura 1 Relação entre o hidrograma da bacia urbanizada e rural (fonte Tucci,C.E. 2007. Inundações urbanas. ABRH Rhama)

Figura 2 Coeficiente de Escoamento em função da área impermeável (fonte Tucci,C.E. 2007. Inundações urbanas. ABRH Rhama)

Figura 3 - Impacto das áreas impermeáveis nos rios em função de um conjunto de indicadores (fonte: Center for Watershed Protection, 2003. Impacts of Impervious cover on Aquatic System - Wastershed Protection Research Monograph n.1 (www.stormwatercenter.net

Nas últimas semanas está ocorrendo uma grande discussão sobre a lei que Santa Catarina aprovou sobre a alteração do Código Florestal e as mudanças nas áreas de preservação permanente, entre outras. No Congresso também tem sido realizadas discussões onde estudos com diferentes avaliações estimam o total de área que deve ser de preservação e o que restante para uso, seja qual for.
A sociedade passa por vários dilemas, ser restritiva para garantir a preservação ou aumentar a disponibilidade para permitir o aumento de produção e desenvolvimento urbano? Este parece ser o dilema do desenvolvimento sustentável.
O caminho brasileiro tem sido o de usar o “comando e controle”, ou seja, criar uma lei e tentar que se seja obedecida. O resultado tem sido muito ruim, pois as matas ciliares são pouco observadas, as áreas de proteção permanentes são ocupadas e o cenário da Amazônia é de constante perda de florestas. O erro fundamental deste processo está em apenas proibir, sem utilizar-se de mecanismos econômicos, compensações inteligentes, entre outros.
Em alguns artigos anteriores mostrei neste blog como a lei de mananciais foi e continua sendo pouco inteligente, na medida em que apenas proibi o uso da área de proprietários, sem nenhuma compensação pelos serviços que estão prestando a cidade em manter estas áreas preservadas, garantindo assim o abastecimento de água. Em matéria anterior mostrei que isto poderia ser compensado economicamente e introduzido no preço da água. Desta forma, o proprietário deixa de ser penalizado e se beneficia da preservação da sua área.
Nos Estados Unidos o proprietário tem posse total sobre a propriedade, não existem restrições ao seu uso, quando existe o estado compra. Para mantê-la ou preservá-la, entidades passam a comprar ou negociar estas áreas dentro de objetivos específicos. Nos últimos cinco anos 45.000 km2 de área rural foi transformada em área urbana. A manutenção de áreas agrícolas e rurais passou a ser negociada pelos proprietários para evitar a urbanização. Isto é realizado por um acordo perpétuo entre o proprietário da terra e o comprador para que a área se mantenha rural. Este é um tipo de mecanismo econômico que permite garantir o objetivo de evitar a urbanização de áreas próximas da cidade (que podem ser mananciais) ou de produção ou preservação rural.
Na Costa Rica, conhecida por ser um país que investe no meio ambiente e vende seu turismo ambiental, as áreas de preservação são mantidas com um pagamento por serviços ambientais, onde ONGs internacionais e nacionais garantem a sua sustentabilidade de longo prazo.
Portanto, no Brasil, utilizando-se apenas de leis não teremos resultados eficientes, pois:
(a) não existem fiscais suficientes para um conjunto de leis confusas;
(b) não é possível planejar o futuro apenas com leis. A legislação é apenas um componente da gestão do espaço. Infelizmente não aprendemos com os nossos erros. Passamos legislando sem entender o funcionamento da sociedade;
( c) A pressão da sociedade tende a buscar um equilíbrio lógico relacionado com os interesses econômicos.
Isto não significa que devemos permitir a sustentabilidade do espaço e desequilibrar o meio ambiente. O que está errado é a forma como este conjunto de preceitos são estabelecidos.
Portanto, o equilíbrio entre uma legislação, mecanismos econômicos que transforme o proprietário num aliado e não num transgressor, subsídios cruzados por fundos de compensação que permitam a sustentabilidade econômica e um Plano de Ação, são mais objetivos e pragmáticos do que este permanente conflito.