Planejamento da expansão de soluções baseadas na natureza para água considerando a relação de custo e benefício

Abstract

Soluções baseadas na natureza (SBN), especialmente associadas a esquemas de pagamentos por serviços ambientais (PSA), são uma temática emergente no planejamento de recursos hídricos. Assim, a presente pesquisa objetivou contribuir para melhorar o entendimento de como SBN podem ser desenvolvidas no planejamento de longo prazo dos sistemas hídricos que abastecem cidades. Buscou-se responder (1) como identificar a melhor estratégia para expandir um conjunto de SBN em um dado sistema hídrico e (2) como estimar a relação de custo e benefício do desenvolvimento de um conjunto de SBN. A pesquisa obteve êxito em seus objetivos pois foi desenvolvido um metamodelo que integra modelos de simulação com otimização por programação dinâmica. Esses modelos foram concebidos, assim como seus parâmetros, com base no que sugerem estudos de caso, estudos experimentais e estudos observacionais encontrados na literatura. A função objetivo da otimização consistiu em identificar a rota de expansão que minimiza, ao longo do horizonte de planejamento, o custo total do sistema hídrico, que foi considerado a soma do custo da escassez, custo de tratamento e custo de expansão de SBN. O benefício da expansão de SBN foi concebido como a redução no custo total em relação ao cenário de inação. A melhor estratégia de expansão foi entendida por aquela que otimiza temporalmente as vantagens de cada SBN em relação às pressões apresentadas pelo cenário de futuro. que pastagens com terraços consistiriam na SBN mais indicada para a melhoria da disponibilidade de água, enquanto que o reflorestamento seria mais adequado para a melhoria da qualidade de água. Ainda assim, os resultados apontaram que a expansão de SBN em larga escala sobre os sistemas hídricos responsáveis pelo abastecimento de metrópoles seria inviável economicamente quando avaliado os custos e benefícios diretos. Tais resultados deixaram evidente que os programas de PSA e similares observados na prática no Brasil atuam sobre áreas pelo menos dez vezes menores que as necessárias para produzir impactos perceptíveis sobre a diponibilidade de água de grandes sistemas hídricos, que em geral ocupam centenas de quilômetros quadrados.

Nature-based solutions (NBS), especially associated with payment schemes for environmental services (PES), are an emerging issue in water resource planning. Thus, this research aimed to contribute to improving the understanding of how NBS can be developed in the long-term planning of water systems that supply cities. We sought to answer (1) how to identify the best strategy to expand a set of NBS in a given water system and (2) how to estimate the cost and benefit ratio of developing a set of NBS. The research was successful in its objectives because a metamodel was developed that integrates simulation models with optimization by dynamic programming. These models were conceived, as well as their parameters, based on what case studies, experimental studies and observational studies found in the literature suggest. The objective function of the optimization was to identify the expansion path that minimizes, over the planning horizon, the total cost of the water system, which was considered the sum of the scarcity cost, treatment cost and cost of NBS expansion. The benefit of the NBS expansion was conceived as the reduction in the total cost compared to the inaction scenario. The best expansion strategy was understood by the one that temporarily optimizes the advantages of each NBS in relation to the pressures presented by the future scenario. The application of the research problem to the Rio dos Sinos watershed suggested that terraced grasslands would consist of the NBS most suitable for improving water availability, while reforestation would be more suitable for improving water quality. Even so, the results pointed out that the large-scale expansion of NBS over the water systems responsible for supplying big cities would be economically unfeasible when assessing the direct costs and benefits. These results made it evident that the PES and similar programs observed in practice in Brazil operate in areas at least ten times smaller than those necessary to produce noticeable impacts on the water availability of large water systems, which generally occupy hundreds of square kilometers.