Alterações climáticas e recursos hídricos: avaliação dos impactos e implementação de soluções sustentáveis

Abstract

Programa doutoral em Molecular and Environmental Biology (ramo do conhecimento em Evolution, Biodiversity and Ecology)As alterações climáticas são um problema global premente que coloca ameaças significativas aos recursos hídricos. O aumento da temperatura, as mudanças nos padrões de precipitação, e a maior frequência e intensidade de eventos climáticos extremos estão a afetar a quantidade, qualidade e disponibilidade de água, com implicações profundas em setores vitais como a agricultura, a energia e o abastecimento de água potável. Antecipar os impactos das alterações climáticas nos recursos hídricos e identificar estratégias de adaptação viáveis, como práticas agrícolas sustentáveis, tornou-se assim uma área de investigação de extrema importância. Nesta tese de doutoramento, foram analisados os impactos das alterações climáticas em usos múltiplos da água, juntamente com a eficácia de práticas agrícolas sustentáveis como estratégia de adaptação, usando o modelo hidrológico SWAT na bacia do Rio Cávado, uma área de elevada importância para os recursos hídricos em Portugal. O nosso estudo revelou que as alterações climáticas devem reduzir a entrada de água nos reservatórios e a produção de energia hidroelétrica, o que pode prejudicar a transição energética para fontes renováveis. Também foi verificado que uma combinação de práticas agrícolas sustentáveis, incluindo a incorporação de fertilizantes, mobilização reduzida do solo, e faixas de vegetação ripária, podem reduzir substancialmente a exportação de sedimentos e nutrientes, e melhorar a qualidade da água. Em cenários de alterações climáticas, as práticas agrícolas sustentáveis foram eficazes na mitigação dos impactos na qualidade da água, mas práticas múltiplas serão necessárias para alcançar benefícios mais elevados. Além disso, este estudo mostrou que as alterações climáticas devem intensificar a frequência de meses em que o caudal do rio fica abaixo do limiar do caudal ecológico, após a captação de água para abastecimento, o que significa que o abastecimento de água, a serem mantidos os níveis de captação de águas atuais, ocorrerá às custas de uma maior degradação ambiental. No geral, os nossos resultados destacam a importância de considerar os impactos das alterações climáticas em usos múltiplos da água e a necessidade de abordagens integradas de gestão de recursos hídricos que considerem as interações entre as alterações climáticas, práticas agrícolas e quantidade e qualidade da água. Os resultados deste estudo podem auxiliar na formulação de políticas e na tomada de decisão para proteger os recursos hídricos e desenvolver estratégias de adaptação eficazes às alterações climáticas.Climate change has emerged as a pressing global issue posing significant threats to water resources. Rising temperatures, altered precipitation patterns, and increased frequency and intensity of extreme weather events are affecting the quantity, quality, and availability of water, with profound implications for vital sectors such as agriculture, energy, and drinking water supply. Anticipating the impacts of climate change on water resources and identifying viable adaptation strategies, such as sustainable agricultural practices, has become a critical research area. In this PhD thesis, the impacts of climate change on multiple water uses are examined and the effectiveness of sustainable agricultural practices as an adaptation strategy is assessed, using the SWAT hydrological model in the Cávado River basin, a strategically important area for water resources in Portugal. Results showed that climate change is projected to reduce reservoir inflow and hydropower generation, potentially hampering the renewable energy transition. Moreover, the combination of sustainable agricultural practices, including fertilizer incorporation, conservation tillage, and filter strips, can substantially reduce sediments and nutrient export, and improve water quality. In the realm of future climate projections, sustainable agricultural practices were proven effective in mitigating the impacts of climate change on water quality, but multiple practices are necessary to achieve higher benefits. Furthermore, climate change is expected to intensify the frequency of months when river flow falls below the ecological threshold following water abstraction for drinking water treatment, meaning that drinking water supply, if current water abstraction levels are maintained, will occur at the expense of additional environmental degradation. Overall, results highlight the importance of considering the impacts of climate change on multiple water uses and the need for adopting integrated water resource management strategies that consider the interactions between climate change, agricultural practices, and water quantity and quality. The results of this study can inform policy and decision-making processes for safeguarding water resources and developing effective adaptation strategies in response to the challenges posed by climate change.Finally, I would like to express my gratitude to the funding agencies and institutions that have supported my research work, namely Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) (SFRH/BD/141486/2018) and the European Social Fund through the “Programa Operacional Regional do Norte” of the European Commission. Without their financial support, this research would not have been possible. I also thank the support of the CLIMALERT project: Climate AlertSmart System for Sustainable Water and Agriculture, an ERA-NET initiated by JPI Climate (ERA4CS programme) co-funded by the EU commission (Grant Agreement 690462) and FCT (ERA4CS/0004/2016), the STREAMECO project (PTDC/CTA-AMB/31245/2017), funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) and the European Regional Development Fund (ERDF) through the COMPETE2020—Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (POCI), and the River2Ocean project (NORTE-01-0145- FEDER 000068), co-financed by the European Regional Development Fund (ERDF), through Programa Operacional Regional do Norte (NORTE 2020)