Planejando a expansão de soluções baseadas na natureza
Entre as tecnologias disponíveis relacionadas à segurança hídrica, diversas agendas de desenvolvimento sustentável destacam o uso de soluções baseadas na natureza, como o reflorestamento e conservação de solo e água na agricultura. Essa atenção é justificada, uma vez que os benefícios diretos esperados motivam as cidades que buscam segurança hídrica a implantar programas de pagamentos por serviços ambientais (PSA), induzindo a mudança do uso e cobertura da terra das bacias hidrográficas pela expansão de soluções baseadas na natureza. Contudo, em um dado sistema hídrico, como saber se vale a pena expandir as soluções baseadas na natureza? Como estimar a relação de custo e benefício? Diante de um cenário de futuro, como identificar a melhor estratégia de expansão de soluções baseadas na natureza para fazer valer a pena? Essas são as perguntas que a presente pesquisa buscou responder.
por Iporã Possantti, MSc, IPH/UFRGS
CV: http://lattes.cnpq.br/1333463646836198
possantti@gmail.com
Uma introdução acessível
Em 6 de Março de 2020 defendi minha dissertação de mestrado, no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Saneamento Ambiental e Recursos Hídricos. A banca examinadora foi composta pelo Dr. Lineu Neiva Rodrigues (Embrapa Cerrados – DF), pela Dra. Rachel Bardy Prado (Embrapa Solos – RJ) e pelo Dr. Walter Collischonn do IPH (UFRGS). Aprovada a defesa, uma sugestão da banca foi escrever uma introdução acessível ao público geral. Assim, a introdução foi completamente reformulada. Aqui, apresento não somente uma introdução mais amena, mas também exponho brevemente os resultados da pequisa.
Para aqueles interessados na dissertação completa, clique aqui para baixar o pdf
Cidades em busca de água
O risco de crises da água nas cidades aumenta mundialmente, impulsionado por forças tanto do lado da demanda, como o crescimento da economia e da população, quanto do lado da oferta, como as mudanças no clima e no uso da terra. Dadas as incertezas futuras, a segurança do abastecimento de água e a construção de sistemas de água resilientes precisam de uma combinação de gerenciamento de demanda, investimento inteligente em infraestrutura e proteção ambiental. O crescimento econômico, apesar de aumentar a demanda de água, pode ser conectado à segurança da água: pode criar oportunidades de investimento, facilitar reformas de políticas e financiar a infraestrutura e as tecnologias hídricas. Como o investimento em infraestrutura hídrica requer planejamento estratégico de longo prazo, saber quando e como as tecnologias e soluções disponíveis podem ser efetivamente implantadas é essencial para aproveitar essas oportunidades.
Soluções baseadas na natureza
Entre as tecnologias disponíveis relacionadas à segurança hídrica, diversas agendas de desenvolvimento sustentável destacam o uso de soluções baseadas na natureza, como o reflorestamento e conservação de solo e água na agricultura. Essa atenção é justificada, uma vez que os benefícios diretos esperados motivam as cidades que buscam segurança hídrica a implantar programas de pagamentos por serviços ambientais (PSA), induzindo a mudança do uso e cobertura da terra das bacias hidrográficas pela expansão de soluções baseadas na natureza. Além disso, o setor de PSA em bacias hidrográficas cresce e se espalha pelo mundo, como Salzman et al. (2018) informa, contando até 387 programas em 62 países e pagamentos anuais estimados em US $ 24,7 bilhões. Essa disseminação, no entanto, leva ao desafio de expansão a longo prazo de soluções baseadas na natureza, considerando a relação custo-benefício e a incerteza futura.
Alega-se que as soluções baseadas na natureza são capazes de beneficiar a sociedade reduzindo os custos de escassez e de tratamento ao aumentar a disponibilidade e melhorar a qualidade da água. O mecanismo de ação desejável das soluções baseadas na natureza é aumentar a infiltração de água da chuva para o solo, que funciona como um reservatório natural de água limpa. Essa água armazenada no solo então lentamente aflora nos rios, abastecendo o manancial da cidade. Ademais, sugere-se que as soluções baseadas na natureza trazem co-benefícios, como a produção de alimentos e demais serviços ambientais associados à biodiversidade. Elas contrastam bastante com soluções ditas convencionais, que são estruturais e centralizadas, como a construção de reservatórios, transposições de água, exploração de aquíferos, etc.
Soluções baseadas na natureza incluem o reflorestamento e a conservação de água e solo na agricultura (lavouras e pastagens). Em muitos aspectos, a expansão de soluções baseadas na natureza podem ser considerada como uma mudança deliberada no uso e cobertura da terra.
Reflorestamento: solução baseada na natureza. O solo de florestas evita que a água escoe superficialmente, tanto interceptando a água em pequenas depressões quanto infiltrando a água para camadas mais profundas. A qualidade da água nos rios, assim, tende a ser melhor em bacias florestadas. O problema é que, em muitos casos, a água interceptada pela floresta e absorvida pelas raízes tende a voltar para a atmosfera pela evapotranspiração, o que faz a quantidade de água nos rios ser menor que em bacias desmatadas. Foto: Iporã Possantti.
Conservação de água e solo em pastagens e lavouras: solução baseada na natureza. Intervenções simples no terreno, como a contrução de terraços, faixas vegetadas, etc., são formas de fazer uso de processos naturais de infiltração e retenção de água e sedimentos, o que melhora a qualidade e disponibilidade de água nos rios. Foto: Iporã Possantti.
Pagamentos por serviços ambientais
A principal forma de expandir as soluções baseadas na natureza em uma bacia hidrográfica que se observa hoje no Brasil e no mundo é por meio de esquemas de pagamentos por serviços ambientais (PSA), que é um valor proporcional à área de soluções baseadas na natureza instalada pago anualmente aos proprietários de terras. Isso acontence por que, especialmente quando se trata de reflorestamento, não é possível obrigar os proprietários a converterem suas terras em áreas improdutivas, de floresta, além do percentual exigido por lei. Portanto, desenvolve-se programas de adesão voluntária para induzir a mudança na cobertura da terra. O custo de expandir as soluções baseadas na natureza, assim, além do custo inicial de instalação, inclui o pagamento por serviços ambientais, que funciona como um custo de operação.
#legenda
Perguntas
Em um dado sistema hídrico, como saber se vale a pena expandir as soluções baseadas na natureza? Como estimar a relação de custo e benefício? Diante de um cenário de futuro, como identificar a melhor estratégia de expansão de soluções baseadas na natureza para fazer valer a pena? Essas são as perguntas que a presente pesquisa buscou responder. A pesquisa, portanto, teve um escopo de desenvolvimento metodológico, pois objetivou responder o “como estimar” e o “como identificar”.
Desenvolvimento
Na pesquisa foi desenvolvido um metamodelo (modelo de modelos) em um programa de computador. Esse metamodelo integrou a expansão de soluções baseadas na natureza e esquemas de PSA, o impacto hidrológico e a economia de recursos hídricos por técnicas de simulação e pesquisa operacional.
A lógica do metamodelo começa com a proposição de um cenário de futuro – projeções do consumo e da oferta de água no sistema hídrico ao longo de um horizonte de planejamento. A seguir, o modelo avalia a expansão de soluções baseadas na natureza. Apesar de apresentar um custo, a expansão de soluções baseadas na natureza muda a hidrologia da bacia. Essa mudança é percebida em termos econômicos por parte da cidade usuária de água – e deseja-se que o impacto econômico seja positivo. O benefício de soluções baseadas na natureza, portanto, foi estimado pela redução no custo total do sistema hídrico. Em outras palavras, o benefício foi estimado pelo custo evitado de escassez de água e de tratamento da água em relação a não fazer nada. Por fim, a melhor estratégia de expansão de soluções baseadas na natureza foi identificada pela otimização do custo ao longo do horizonte de planejamento. As soluções baseadas na natureza incluídas no modelo de expansão foram o (1) reflorestamento, (2) a construção de terraços em pastagens e lavouras e (3) boas práticas de manejo do solo em lavouras. A otimização do custo avaliou as melhores composições entre as soluções baseadas na natureza, pois elas foram inseridas no modelo como ações independentes.
Aplicação
A fim de verificar o funcionamento do metamodelo, aplicou-se a análise para um sistema hídrico real: a bacia hidrográfica no Rio dos Sinos, no Rio Grande do Sul. Esse sistema hídrico apresenta uma área de captação de aproximadamente três mil quilômetros quadrados, com um milhão de habitantes e consumo diário estimado em cerca de 500 mil metros cúbicos. Com um cenário de futuro proposto para um horizonte de trinta anos, de 2020 a 2050, avaliou-se o benefício de soluções baseadas na natureza e as melhores estratégias de expansão para minimizar os custos desse sistema hídrico. Os custos de escassez, de tratamento, de expansão e total foram avaliados separadamente, a fim isolar variáveis e interpretar melhor os resultados da otimização do custo total.
Diagrama esquemático do funcionamento do PlaNS – o metamodelo que foi desenvolvido na pesquisa
Resultados
O PlaNS – Planning Nature-based Solutions
O metamodelo desenvolvido consiste em um importante resultado da pesquisa, já que o enfoque foi o desenvolvimento metodológico. Escrito em Python 3, o nome do programa é PlaNS, de Planning Nature-based Solutions e a versão usada na dissertação está disponível sob uma licensa pública no GitHub.
Link para o PlaNS no GitHub: https://github.com/ipo-exe/plans/
Insights da aplicação na bacia hidrográfica no Rio dos Sinos
Em face do cenário de futuro proposto, a aplicação do PlaNS na bacia hidrográfica no Rio dos Sinos iluminou as questões levantadas pelas perguntas de pequisa. Principalmente, a aplicação demonstrou que é preciso avaliar o futuro de longo prazo para alocar a expansão das diferentes soluções baseadas na natureza de forma a otimizar o custo total do sistema. Como as diferentes soluções baseadas na natureza apresentam desempenhos hidrológicos distintos, sendo o reflorestamento melhor para a qualidade de água e as pastagens com terraços melhores para a disponibilidade de água, a melhor rota de expansão faz uso dessas vantagens ao longo do tempo.
Alocação da expansão de soluções baseadas na natureza ao longo do horizonte de planejamento de forma a otimizar o custo total. Nesse resultado, o modelo otimizou o custo de escassez e de tratamento. A previssão foi de que seria melhor expandir o reflorestamento inicialmente, para depois converter o restante de área disponível em pastagens com terraços.
No entanto, ao considerar o custo de expandir as soluções baseadas na natureza sobre uma área grande como a bacia do Rio dos Sinos, o modelo apontou que seria mais econômico não fazer nada, isto é, não expandir. Esse resultado, ainda que completamente limitado ao cenário de futuro proposto, expõe o desafio econômico de expandir soluções baseadas na natureza sobre grandes áreas. Sob um olhar mais crítico, o resultado também motiva melhorias na calibragem dos modelos, refinamento dos modelos e avanços no tratamento das incertezas associadas aos cenários de futuro.
Sem dúvida, ficou claro que o PlaNS funciona e parece ser uma abordagem integrativa atrativa, pois inclui a dinâmica temporal de longo prazo na temática de pagamentos por serviços ambientais e soluções baseadas na natureza. Também ficou claro que ainda existem obstáculos para a obtenção de resultados mais práticos. Felizmente, temos motivação para superar esses obstáculos.
