Projeção de indicadores de segurança hídrica em escala nacional para diferentes cenários de mudanças climáticas e consumo de água utilizando geoprocessamento

Abstract

Projeta-se que diversos setores que dependem direta ou indiretamente dos recursos hídricos poderão ser afetados drasticamente nos próximos anos pelos impactos das mudanças climáticas, os quais têm evidentes influências antrópicas. A escassez hídrica já afeta entre um e dois bilhões de pessoas no mundo, cuja maioria vive em regiões áridas, onde a diferença entre demanda e oferta de água é a maior que se pode ter. Alterações dos padrões hidrológicos e aumento da intensidade e frequência dos eventos extremos bem com o declínio das chuvas poderão impactar os fluxos dos rios, causando problemas não apenas na oferta de água superficial, mas também no planejamento de infraestrutura e de alocação de água para atendimento de usos múltiplos, aumentando-se o conflito entre a irrigação e outros usos da água. Ou seja, a insegurança hídrica e todos os seus impactos nas mais diversas esferas que dependem de água é um tema cada vez mais importante no cenário mundial, especialmente pela intensificação dos impactos das mudanças climáticas sobre os recursos hídricos. Entretanto, ainda há muita divergência em relação à definição de segurança hídrica, bem como em relação à sua mensuração. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi propor e testar a aplicação de um método para definir um Índice de Segurança Hídrica (ISH) no Brasil através da integração de indicadores das dimensões humana, ecossistêmica, econômica e de resiliência utilizando geoprocessamento, tanto para o período atual quanto para o futuro (2081-2100), considerando cenários de mudanças climáticas de Modelos Climáticos Globais do CMIP5. Após a definição dos indicadores e variáveis aplicáveis em cada dimensão, foi realizado o mapeamento de cada dimensão do ISH para o período atual e verificada a sua coerência e a sua representatividade em escala regional, dada a diversidade socioeconômica e ambiental do país. Para as projeções futuras, foram considerados diversos cenários de alteração de consumo per capita na dimensão humana. Além disso, na dimensão econômica, o consumo de água para agropecuária foi reajustado proporcionalmente com a mudança nas projeções futuras de evapotranspiração. Para as dimensões ecossistêmica e de resiliência, foram consideradas as alterações da vazão média calculadas por Brêda et al. (2020) sobre as vazões Q95 e Qm. Os resultados do mapeamento do ISH para o período atual mostraram-se condizentes com a realidade e o contexto regionais, porém, quando aplicados os cenários de alteração de consumo de água e de mudança do clima nos cenários RCP 4.5 e RCP 8.5, verificou-se uma baixa sensibilidade do ISH frente a essas mudanças, sendo que visivelmente não foi possível observar muita diferença entre o período atual e os períodos futuros. Provavelmente, isso esteja relacionado com a amplitude dos indicadores do ISH no Brasil, especialmente as vazões. Mesmo quando projetadas anomalias de mudanças climáticas de aumento de vazões no Nordeste (que apresenta as mínimas vazões no Brasil) e redução no Norte (onde são observadas as vazões máximas do país), as diferenças na disponibilidade hídrica superficial entre Semiárido e Amazônia ainda são muito grandes. Todavia, a análise dos resultados do ISH entre os biomas aponta para diferenças evidentes, em que o bioma Pantanal, que é a maior planície de inundação do mundo, apresentou os maiores valores mínimos de segurança hídrica, que são muito superiores aos valores encontrados nos outros biomas (com exceção da Amazônia, que também apresenta características de clima úmido). Dessa forma, pode-se dizer que a aplicação de métodos de geoprocessamento em uma escala continental, em que é observada uma grande variabilidade nas características climáticas, ambientais, políticas e socioeconômicas, traz resultados pouco sensíveis a mudanças futuras, sendo necessário, em trabalhos futuros, aplicar tais métodos em escalas espaciais menores, em que tais características são mais homogêneas, e os indicadores do ISH sejam selecionados de acordo com as especificidades locais.

It is projected that several sectors that depend directly or indirectly on water resources could be drastically affected in the coming years by the impacts of climate change, which have evident anthropic influences. Water scarcity has already affected between one and two billion people in the world, the majority of whom live in arid regions, where the difference between demand and supply of water is the greatest it can be. Changes in hydrological patterns and the increase in the intensity and frequency of extreme events, as well as the decline in rainfall, could impact river flows, causing problems not only in the supply of surface water, but also in infrastructure planning and water allocation to serve multiple uses, increasing the conflict between irrigation and other uses of water. That is, water insecurity and all its impacts on the most diverse spheres that depend on water is an increasingly important topic on the world context, especially due to the intensification of the impacts of climate change on water resources. However, there is still much disagreement regarding the definition of water security, as well as its measurement. Thus, the aim of this study was to propose and test the application of a method to define a Water Security Index (WSI) in Brazil through the integration of indicators of the human, ecosystem, economic and resilience dimensions using geoprocessing, both for the current and future period (2081- 2100), considering climate change scenarios from CMIP5 Global Climate Models. After defining the indicators and variables applicable to each dimension of the WSI, they were mapped for the current period and their consistency and representativeness on a regional scale were verified, considering the country's socioeconomic and environmental diversity. For future projections, several scenarios of change in per capita consumption in the human dimension were considered. In addition, in the economic dimension, water consumption for agriculture and livestock was readjusted proportionally with the change in future evapotranspiration projections. For the ecosystem and resilience dimensions, it was considered changes in mean flow calculated by Brêda et al. (2020) on the Q95 and Qm flows. The results of the WSI mapping for the current period were consistent with the regional reality and context, however, when applying the scenarios of change in water consumption and climate change in RCP 4.5 and RCP 8.5, it was verified a low sensitivity of the WSI to these changes, and clearly it was not possible to observe much difference between the current period and future periods. This is probably related to the amplitude of the WSI indicators in Brazil, especially the flows. Even when projected climate change anomalies of increased flows in the Northeast (which has the lowest flows in Brazil) and reduction in the North (where the maximum flows in the country are observed), the differences in surface water availability between the Semiarid and Amazon are still very high. However, the analysis of the WSI results between the biomes points to evident differences, in which the Pantanal biome, which is the largest floodplain in the world, presented the highest minimum values of water security, which are much higher than the values found in the other biomes (with the exception of the Amazon, which also has characteristics of a humid climate). Thus, it can be said that the application of geoprocessing methods on a continental scale, in which a great variability in climatic, environmental, political and socioeconomic characteristics is observed, brings results that are not very sensitive to future changes, being necessary, in future studies, apply such methods on smaller spatial scales, where such characteristics are more homogeneous, and WSI indicators are selected according to local specificities.