New approach to the Brazilian model of environmental services

O programa brasileiro de serviços ambientais, denominado "Produtor de Água", apoia-se em incentivos financeiros proporcionais à redução da erosão advinda da implantação voluntária de projetos de conservação do solo por parte de produtores rurais. No entanto, esse programa não constitui restrições preestabelecidas de elegibilidade de áreas de aplicação ou de propostas de conservação. Assim, no sentido de contribuir para a evolução metodológica desse programa, propõe-se uma nova abordagem deste, analisando-se, essencialmente, duas adaptações: introdução de critério de elegibilidade; e utilização da aptidão agrícola para indicação de propostas de uso intensivo e conservação do solo. Para isso, tomou-se por base uma bacia hidrográfica rural próxima ao Pantanal brasileiro, em Terenos, MS. O novo critério de elegibilidade foi baseado no Risco Natural de Erosão (razão entre o potencial natural de erosão e a tolerância à perda de solo). As propostas de ocupação do solo, por sua vez, foram definidas a partir de mapa de aptidão agrícola predefinido. O estudo revela que o novo critério de elegibilidade foi capaz de contemplar somente cerca de 40 % da área de estudo. A aplicação da classificação de aptidão agrícola nessa parcela reduziu drasticamente as alternativas de uso intensivo do solo, direcionando-as, em grande parte, para a atividade pecuária. A análise das duas propostas de inovação do programa "Produtor de Água" permite inferir quanto à potencialidade delas na formação de estratégias de aplicação do programa, além de promover uso mais eficiente dos recursos financeiros destinados ao pagamento por serviços ambientais no contexto brasileiro.The Brazilian program of environmental services, called "Water Supplier", is based on financial incentives relative to the erosion reduction by the implementation of voluntary soil conservation projects by farmers. However, this program has no pre-established restrictions of eligibility of application areas or conservation proposals. With a view to contribute to the methodological development of this program, a new approach was proposed, by analysis of two main changes: introduction of eligibility criteria, and the use of land suitability for recommendation of proposals for intensive soil use and conservation. For this purpose, a rural catchment was studied near the Brazilian Pantanal, in Terenos, MS. The new eligibility criteria were based on the natural erosion risk (ratio of natural erosion potential and soil loss tolerance). The land use proposals, in turn, were based on a pre-defined land suitability map. This study reveals that the new eligibility criteria covered only about 40 % of the study area. The classification of land suitability in this area reduced the intensive land use alternatives dramatically, indicating it largely for cattle ranching. The analysis of the two innovation proposals of the program "Water Supplier" allowed inferences on their potential to generate strategies for implementing the program, and to promote a more efficient use of financial resources for payment for environmental services in the Brazilian context.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul (FAPEMS

PROCESSO ANALÍTICO HIERÁRQUICO APLICADO A VULNERABILIDADE NATURAL A EROSÃO

The Analytic Hierarchy Process (AHP) method allows the consideration of several factors involved in diagnostic and decision making, helping the objective integration of indicators. Thus, this study evaluated the use of AHP in obtaining Natural Erosion Vulnerability of basins, based original method of Crepani. For this, the values grid of the information plans about geology, geomorphology, pedology and vegetation was converted to a scale from 0 to 1 by fuzzy logic function, then these plans were compared and hierarchized in the SPRING software. The AHP method promoted the highest percentage of the area with higher levels of vulnerability in relation to the original method of Crepani. In both methods the north region of the basin showed higher vulnerability, with predominance of class moderately vulnerable. Thus, the application of AHP in determining Natural Erosion Vulnerability is a viable tool for adequacy of the factors involved in the local erosion. Keywords: indicators integrating, weight of factors, environmental planning.O método Analytic Hierarchy Process (AHP) permite a ponderação de diversos fatores envolvidos em processos de diagnósticos e tomadas de decisão, auxiliando a integração objetiva de dados indicadores. Deste modo, objetivou-se avaliar a utilização do método AHP na obtenção da Vulnerabilidade Natural a Erosão (VNE) para bacias hidrográficas, com base no método inicialmente proposto por Crepani. Para tanto, utilizou-se planos de informação referentes à geologia, geomorfologia, pedologia e vegetação. Esses foram convertidos para uma escala de 0 a 1 por meio de lógica fuzzy, em seguida, comparados e hierarquizados no software SPRING, conforme a influência de cada um no processo erosivo. Verificou-se que o método AHP promoveu a classificação de maior percentual da área em maiores níveis de vulnerabilidade em relação ao método de Crepani. Em ambos os métodos a região norte da bacia apresentou maior vulnerabilidade, com predominância da classe moderadamente vulnerável. Assim, a aplicação do método AHP na determinação de VNE mostra-se uma ferramenta viável para adequação dos fatores intervenientes nos processo erosivos locais. Palavras-chave: integração de indicadores, ponderação de fatores, planejamento ambiental

SPATIAL VARIABILITY OF THE RAINFALL EROSIVE POTENTIAL IN THE STATE OF MATO GROSSO DO SUL, BRAZIL

Information about rainfall erosivity is important during soil and water conservation planning. Thus, the spatial variability of rainfall erosivity of the state Mato Grosso do Sul was analyzed using ordinary kriging interpolation. For this, three pluviograph stations were used to obtain the regression equations between the erosivity index and the rainfall coefficient EI30. The equations obtained were applied to 109 pluviometric stations, resulting in EI30 values. These values were analyzed from geostatistical technique, which can be divided into: descriptive statistics, adjust to semivariogram, cross-validation process and implementation of ordinary kriging to generate the erosivity map. Highest erosivity values were found in central and northeast regions of the State, while the lowest values were observed in the southern region. In addition, high annual precipitation values not necessarily produce higher erosivity values.Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)ConselhoNacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico - CNPqFundacao de Apoio ao e Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado do Mato Grosso do Sul - FUNDECTFUNDECT (Fundacao de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciencia e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul

HIDROGRAMA UNITÁRIO INSTANTÂNEO GEOMORFOLÓGICO APLICADO A BACIAS DESPROVIDAS DE DADOS HIDROLÓGICOS

Several watersheds don’t have precipitation data, it isn’t allowing to obtain flow through the conventional method of hidrograma unit. Thus, this study aimed to obtain hidrogram of the Basin of Ribeirão Salobra-MS, from geomorphological features. For this, a mathematical model was developed, based on probabilistic concepts of geomorphological Instant Hidrograma Unit, which used data from topographic maps. The simulations were developed for two runoff speeds, calculated from different equations of concentration time. It appears that the flow speed is directly proportional to the peak flow and inversely proportional to the time base. The model can be used as initial estimate of flow data for watersheds not monitored by hydrological parameters. However, it is important to validate it with hydrological data collected in the basin under study. Keywords: geomorphology, hydrographic basin, geomorphological instantaneous unitary hydrograph.Diversos locais permanecem desprovidos ou com dados escassos de precipitação impossibilitando a obtenção de dados de vazão por meio do método convencional do hidrograma unitário. Deste modo, este trabalho teve por objetivo a obtenção de hidrogramas da Bacia do Ribeirão Salobra-MS, a partir de suas características geomorfológicas. Para tanto, foi desenvolvido um modelo matemático, baseado em conceitos probabilísticos do Hidrograma Unitário Instantâneo Geomorfológico (HUIG), que utilizou dados provenientes de mapas topográficos. As simulações foram desenvolvidas para duas velocidades de escoamento, calculadas a partir equações distintas de tempo de concentração. Verifica-se que a velocidade de escoamento é diretamente proporcional a vazão de pico e inversamente proporcional ao tempo de base. O modelo pode ser utilizado como estimativa inicial de dados de vazão para bacias hidrográficas não monitoradas por parâmetros hidrológicos. No entanto, é importante sua validação com dados hidrológicos coletados na bacia hidrográfica em estudo. Palavras-chave: geomorfologia, bacia hidrográfica, hidrograma unitário instantâneo geomorfológico

Avaliação da segurança hídrica a partir de base conceitual, determinística e estocástica

A comprehensive assessment of water security incorporates a range of water-related concepts, since water policy issues to specific technical aspects of hydrological conditions and their interactions with societal needs and ecosystem functioning. This doctoral thesis is organized into three chapters that address such range of water security-related topics, aiming to establish a conceptual baseline and propose deterministic and stochastic accounting frameworks for a river basin water security evaluation. Specific assumptions and research questions are defined in each chapter, and are related to the management of \'Cantareira water supply system\' (located in Southeastern Brazil), focusing on different scales and on its political and hydrological aspects as well. The first chapter acts as a conceptual baseline for water security assessment, by examining general aspects of the Brazilian water policy and water allocation system. This study contrasts Brazilian and American water management systems applied to water transfer projects, discussing experiences from the \'Cantareira system\' and Colorado river basin. A deterministic accounting framework is presented in the second chapter, which is based on management of blue and green water kinds (defined in accordance with hydrological processes and storage types), and demonstrates how a quantitative analysis of provisioning and use (abstraction and consumption) of both water kinds can be conducted. An agricultural basin (291 km²) within the Cantareira water supply system (located upstream of the Cachoeira reservoir) was used to illustrate this approach. The impact of blue and green water use on median water resources conditions is accounted by the scarcity indicator, while the vulnerability indicator considers the probability of low availability of water resources. In the third chapter quantifies and discusses the impacts of uncertainties on water security indicators (proposed in the chapter 2), based on a multi-model and resampling framework, that considers several uncertainty sources including those related to: i) observed streamflow data; ii) hydrological model structure; iii) residual analysis; iv) Environmental Flow Requirement methods; v) the definition of critical conditions for water provision; and vi) the critical demand imposed by human activities. Then, the uncertainty is propagated through different methodological arrangements applied to the same study basin of chapter 2. In brief, the first chapter indicates that both Brazilian and American water management system can potentially contribute to each other. In the second chapter, the Blue/Green water-based accounting framework reveal clear spatial and temporal patterns of water scarcity and vulnerability levels within the basin, thereby improving our understanding of how and where water-related threats to human and aquatic ecosystem security can arise (so called hot-spots). The third chapter provide a general method that can form basis for meaningful support to end-users facing water resource challenges by enabling them to incorporate a viable uncertainty analysis into a robust decision making process. Further investigation are proposed in each research step of this doctoral thesis.A avaliação da segurança hídrica pode incorporar vários conceitos relacionados à água, desde aspectos da política de recursos hídricos até questões hidrológicas específicas e suas interações com a sociedade e ecossistemas. Esta tese de doutorado busca estabelecer uma base conceitual e propor esquemas metodológicos com base determinística e estocástica para avaliação da segurança hídrica de bacias hidrográficas. Objetivos específicos são definidos em cada capítulo e relacionam-se à gestão do \'Sistema Cantareira de abastecimento de água\' (localizado no Sudeste do Brasil), com foco em diferentes escalas, bem como aspectos políticos e hidrológicos. O primeiro capítulo é apresentado como baseline conceitual, examinando aspectos gerais da política de recursos hídricos e sistemas alocação de água. Este estudo compara sistemas de gestão aplicados a projetos de transposição de água inter/intra-bacias no Brasil e Estados Unidos, discutindo experiências do Sistema Cantareira e da bacia do rio Colorado. O segundo capítulo, por sua vez, propõe e analisa um esquema metodológico determinístico baseado na gestão das águas azul e verde (definidas de acordo com processos hidrológicos e unidades de armazenamento). Este estudo demonstra como uma análise quantitativa da provisão e utilização de ambos os tipos de água pode ser conduzida, propondo indicadores de escassez e vulnerabilidade hídrica. Esta abordagem foi aplicada em uma bacia agrícola (291 km²), localizada a montante do reservatório Cachoeira, que é integrante do Sistema Cantareira. O terceiro capítulo quantifica e analisa os impactos das incertezas sobre os indicadores de segurança hídrica propostos no capítulo 2, utilizando um esquema metodológico estocástico baseado em múltiplos modelos e reamostragem, que incorpora variadas fontes de incerteza, tais como: i) dados observados de vazão; ii) estrutura do modelo hidrológico; iii) análise de resíduos do modelo hidrológico; iv) estimativa de vazão ambiental; v) definição de condições críticas de provisão e vi) demanda hídrica. Em seguida, as incertezas são propagadas através de diferentes arranjos metodológicos aplicados na mesma bacia estudo do capítulo 2. Em conclusão, o primeiro capítulo sugere uma potencial troca de contribuições provenientes de ambos os sistemas de gestão brasileiro e americano. O segundo capítulo revela padrões espaciais e temporais dos resultados dos indicadores de escassez e vulnerabilidade, melhorando assim a compreensão de como e onde ameaças à segurança hídrica podem surgir. Por sua vez, a análise de incertezas desenvolvida no terceiro capítulo é capaz de gerar suporte a gestores de recursos hídricos e processo de tomada de decisões robustas. Recomendações específicas são geradas em cada capítulo da presente tese de doutorado

Assessing water security in the Sao Paulo metropolitan region under projected climate change

Climate change affects the global water cycle and has the potential to alter water availability for food–energy–water production, and for ecosystems services, on regional and local scales. An understanding of these effects is crucial for assessing future water availability, and for the development of sustainable management plans. Here, we investigate the influence of anticipated climate change on water security in the Jaguari Basin, which is the main source of freshwater for 9 million people in the São Paulo metropolitan region (SPMR). First, we calibrate and evaluate a hydrological model using daily observed data, obtaining satisfactory coefficient of determination and Kling–Gupta efficiency values for both periods. To represent possible climate change scenarios up to 2095, we consider two International Panel on Climate Change (IPCC) Representative Concentration Pathways (RCP4.5 and RCP8.5) and use an ensemble of future projections generated by 17 general circulation models (GCMs). These data were used to drive the hydrological model to generate projected scenarios of streamflow. We then used indicators of water scarcity and vulnerability to carry out a quantitative analysis of provision probability. Our results indicate that streamflow can be expected to exhibit increased interannual variability, significant increases in flow rate between January and March, and a 2-month extension of the hydrological dry season (currently June to September) until November. The latter includes a more than a 35 % reduction in streamflow during September through November (with a > 50 % reduction in October). Our findings indicate an increased risk of floods and droughts accompanied by an expansion of the basin critical period, and our analysis of the water security indices identifies October and November as the most vulnerable months. Overall, our analysis exposes the fragility of water security in the São Paulo metropolitan region, and provides valuable technical and scientific information that can be used to guide regional plans and strategies to cope with potential future water scarcity.Ministry of Science, Technology, Innovation and Communication, MCTIC; National Council for Scientific and Technological Development, CNPqNational Council for Scientific and Technological Development (CNPq) [441289/2017-7, 306830/2017-5]Open access journalThis item from the UA Faculty Publications collection is made available by the University of Arizona with support from the University of Arizona Libraries. If you have questions, please contact us at [email protected]

Zoneamento ambiental aplicado à conservação do solo e da água

O zoneamento ambiental auxilia na gestão do solo e da água, pois fornece informações de uso e manejo do solo de forma adequada. Assim, propõe-se neste estudo: (i) a aplicação do zoneamento ambiental, baseado em valores de perda de solo, tolerância à perda de solo e à legislação ambiental; e (ii) etapa de monitoramento das características quali-quantitativas dos cursos d'água a partir do uso de curvas Total Maximum Daily Loads (TMDL). O estudo foi realizado na bacia hidrográfica do ribeirão Salobra, localizada na transição entre os biomas Cerrado e Pantanal. A partir do cruzamento dos planos de informação, obteve-se a divisão da área em cinco zonas de uso do solo, determinadas de acordo com a conservação e preservação da vegetação nativa, ocorrência de áreas úmidas e nascentes, uso adequado do solo e recuperação de áreas erodidas. Paralelamente, as curvas TMDL foram obtidas a partir da curva de permanência e de padrões de qualidade da água. Verificou-se que cerca de 6 % da área em estudo apresentou perda de solo superior ao limite tolerável e foi definida como área prioritária de recuperação no contexto do planejamento ambiental. O método aplicado permitiu a determinação de zonas específicas de uso do solo, identificação de irregularidades e de prioridades de conservação do solo. Além disso, as curvas TMDL constituem boa alternativa de monitoramento da água, pois produzem informações em condições críticas do corpo d'água

Nova abordagem sobre o modelo Brasileiro de serviços ambientais New approach to the Brazilian model of environmental services

O programa brasileiro de serviços ambientais, denominado "Produtor de Água", apoia-se em incentivos financeiros proporcionais à redução da erosão advinda da implantação voluntária de projetos de conservação do solo por parte de produtores rurais. No entanto, esse programa não constitui restrições preestabelecidas de elegibilidade de áreas de aplicação ou de propostas de conservação. Assim, no sentido de contribuir para a evolução metodológica desse programa, propõe-se uma nova abordagem deste, analisando-se, essencialmente, duas adaptações: introdução de critério de elegibilidade; e utilização da aptidão agrícola para indicação de propostas de uso intensivo e conservação do solo. Para isso, tomou-se por base uma bacia hidrográfica rural próxima ao Pantanal brasileiro, em Terenos, MS. O novo critério de elegibilidade foi baseado no Risco Natural de Erosão (razão entre o potencial natural de erosão e a tolerância à perda de solo). As propostas de ocupação do solo, por sua vez, foram definidas a partir de mapa de aptidão agrícola predefinido. O estudo revela que o novo critério de elegibilidade foi capaz de contemplar somente cerca de 40 % da área de estudo. A aplicação da classificação de aptidão agrícola nessa parcela reduziu drasticamente as alternativas de uso intensivo do solo, direcionando-as, em grande parte, para a atividade pecuária. A análise das duas propostas de inovação do programa "Produtor de Água" permite inferir quanto à potencialidade delas na formação de estratégias de aplicação do programa, além de promover uso mais eficiente dos recursos financeiros destinados ao pagamento por serviços ambientais no contexto brasileiro.<br>The Brazilian program of environmental services, called "Water Supplier", is based on financial incentives relative to the erosion reduction by the implementation of voluntary soil conservation projects by farmers. However, this program has no pre-established restrictions of eligibility of application areas or conservation proposals. With a view to contribute to the methodological development of this program, a new approach was proposed, by analysis of two main changes: introduction of eligibility criteria, and the use of land suitability for recommendation of proposals for intensive soil use and conservation. For this purpose, a rural catchment was studied near the Brazilian Pantanal, in Terenos, MS. The new eligibility criteria were based on the natural erosion risk (ratio of natural erosion potential and soil loss tolerance). The land use proposals, in turn, were based on a pre-defined land suitability map. This study reveals that the new eligibility criteria covered only about 40 % of the study area. The classification of land suitability in this area reduced the intensive land use alternatives dramatically, indicating it largely for cattle ranching. The analysis of the two innovation proposals of the program "Water Supplier" allowed inferences on their potential to generate strategies for implementing the program, and to promote a more efficient use of financial resources for payment for environmental services in the Brazilian context