Como as alterações na produção de água e sedimentos em uma bacia hidrográfica, em função das diversas ações antrópicas, nem sempre podem ser quantificadas devido à falta de monitoramento e à deficiência de medições de vazão líquida e sólida, o impacto das mudanças no uso do solo nas características hidrossedimentológicas de bacias hidrográficas pode ser avaliado em termos qualitativos e quantitativos através da construção de cenários (PRADO, 2005). Esta é uma das grandes vantagens dos modelos
31 Griensven, A. V. et al. “A global sensitivity analysis tool for the parameters of multi-variable catchment models”. Journal of Hydrology, article in press. 2005.
matemáticos: a possibilidade de alterar as configurações dos parâmetros de entrada do modelo no intuito de gerar novos conjuntos de condições virtuais, as quais permitem, de antemão, visualizar as consequências geradas por um determinado grupo de fatores hipotéticos.
Além do estudo de cenários diferentes de forma rápida, muitos deles ainda não explorados em experimentos reais, outra importante vantagem da utilização de simulação de cenários está associada ao seu baixo custo. Na maioria das aplicações, o custo de executar um programa computacional é de magnitude muito menor do que o correspondente custo relativo à investigação experimental. Este fator adquire maior importância à medida que o problema real estudado apresenta maiores dimensões e complexidade, como uma bacia hidrográfica (MACHADO, 2002).
Para Machado (2002), o SWAT apresenta inúmeras possibilidades de simulação de cenários, sendo teoricamente possível fazer simulações qualitativas e ou quantitativas para quaisquer das variáveis que compõem o modelo, como fizeram, além deste autor, Oliveira (1999), Barsanti et al. (2003), Moro (2005), Prado (2005), Minoti (2006), Lino (2009), Uzeika (2009) e Xavier (2009).
Nesse sentido, White e Chaubey (2005) citam os trabalhos de Santhi et al. (2001)32, King e Balogh (2001)33 e Kirsch et al. (2002)34 que avaliaram as mudanças no manejo em uma bacia hidrográfica e como essas mudanças influenciaram na produção de sedimentos, fornecendo informações que puderam ser utilizadas no desenvolvimento de planos de gestão de bacias hidrográficas.
Dentre as possíveis simulações, pode-se abordar, ainda, a ocorrência de eventos extremos de natureza temporal. Como se sabe, o planeta passa por um período de aumento da concentração de CO2 que condiciona grandes
32 Santhi, C.; Arnold, J. G., Williams, J. R.; Hauck, L. M.; e Dugas, W. A.. Application of a Watershed Model to Evaluate Management Effects on Point and Nonpoint Source Pollution. Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 44(6):1559-1570. 2001.
33 King, K. W. e Balogh, J. C. Water Quality Impacts Associated with Converting Farmland and Forests to Turfgrass. Transacations of ASAE 44(3):569-576. 2001.
34 Kirsch, K. J. e Kirsch, A. E. Using SWAT to Predict Erosion and Phosphorus Loads in the Rock River Basin, Wisconsin. ASAE 701P0007, ASAE St. Joseph, Michigan, pp 54-57. 2001.
mudanças climáticas. Estas variações de temperatura e precipitação controlam, de forma intensa, a magnitude das consequências dos processos erosivos. Estes, por fim, influenciam fatores como o balanço hídrico do solo e a produtividade agrícola. Isso é preocupante, visto que o aumento da população mundial associado a fenômenos globais de alterações climáticas, poderão acelerar os problemas relativos à diminuição de reservas de água e degradação do solo, gerando graves consequências ecológicas, econômicas e sociais (NUNES e PACHECO, 2004, e XAVIER, 2009).
Caso os cenários de aquecimento global se confirmem, espera-se que ciclo hidrológico tenha uma grande variabilidade, tanto anual quanto sazonal, com consequências diretas na evapotranspiração e nos fluxos de escoamento, cujos picos podem ser maiores que os historicamente observados (MOHAMMED, 2009). E nesse ponto, o SWAT pode ser bastante eficaz, pois contabiliza o escoamento superficial em termos diários, o que permite ter em conta, mesmo que de uma forma simplificada, o efeito dos eventos extremos de precipitação na erosão.
No contexto das mudanças climáticas previstas para o século XXI, o IPCC (2007), no quarto Relatório Especial sobre Previsões de Emissões (SRES), fez uma projeção em visão científica para o aquecimento médio global da superfície da Terra, de acordo com os cenários apresentados na Tabela 2, com tendências estimadas de emissão de CO2 ilustradas na Figura 6:
Tabela 2 – Projeção do aquecimento médio global da superfície no final do século XXI
Mudança de temperatura
(ºC em 2090-2099 relativa a 1980-1999) Caso
Melhor estimativa Faixa provável
Concentrações constantes do ano 2000 0,6 0,3 – 0,9 Cenário B1 1,8 1,1 – 2,9 Cenário A1T 2,4 1,4 – 3,8 Cenário B2 2,4 1,4 – 3,8 Cenário A1B 2,8 1,7 – 4,4 Cenário A2 3,4 2,0 – 5,4 Cenário A1F1 4,0 2,4 – 6,4 Fonte: IPCC (2007)
Figura 6 - Tendências dos cenários do IPCC para as emissões de CO2 (IPCC, 2007).
Estes cenários representam diversas condições climáticas, descritos a seguir: • A1. Cenário A1 descreve um mundo futuro com rápido crescimento econômico, população global que atinge seu pico na metade do século e, a partir de então, passar a declinar, com introdução de tecnologias novas e mais eficientes. Os temas fundamentais são convergência entre regiões, crescente interação social e cultural, com redução substancial em diferenças regionais e em renda per capita. Este cenário se subdivide em três grupos que descrevem direções alternativas de mudança tecnológica no sistema de energia, com ênfase no uso intensivo de fontes fósseis (A1FI), fontes de energia não fóssil (A1T) ou um equilíbrio entre todas as fontes (A1B).
• A2. Cenário A2 descreve um mundo muito heterogêneo. O fundamento é a autoconfiança e a manutenção de identidades locais. Padrões de fertilidade através das regiões convergem muito lentamente, o que resulta em crescimento contínuo da população. O desenvolvimento econômico é essencialmente orientado para a região e o crescimento econômico per capita e o desenvolvimento tecnológico são mais fragmentados e lentos do que em outros cenários.
• B1. Cenário B1 descreve um mundo com população que atinge o seu pico no meio do século e a partir daí começa a declinar, como o cenário A1, mas com uma rápida mudança nas estruturas econômicas em direção a uma
Ano Estabilização em 550 ppm Cenários Emissõ es d e CO 2 (GtC/ano) 2000 2020 2040 2060 2080 2100 0 5 10 15 20 25 30
economia de serviços e informação, com introdução de tecnologias limpas e eficientes. A ênfase está em soluções globais para a sustentabilidade econômica, social e ambiental, incluindo melhoria na igualdade social, mas sem iniciativas climáticas adicionais.
• B2. Cenário B2 descreve um mundo no qual a ênfase está sobre soluções locais para sustentabilidade econômica, social e ambiental. É um mundo com população global continuamente crescente, em taxa mais baixa do que A2, níveis intermediários de desenvolvimento econômico e progresso tecnológico menos acelerado e mais diversificado do que nos modelos B1 e A1. Enquanto o cenário também é orientado em direção à proteção ambiental e igualdade social, também foca nos níveis local e regional.
Em razão da gravidade do problema relacionado ao aquecimento global, a análise integrada para quantificação dos impactos das mudanças climáticas nos vários aspectos ambientais e sociais tem despertado atenção e discussões ao redor do planeta. Entretanto, estas avaliações têm se concentrado em escala global e as alterações climáticas em lugares específicos ou em pequenas bacias ainda permanecem sem estudos, na maior parte do mundo (IPCC, 2007, e MOHAMMED, 2009). Assim, identificar os impactos das mudanças climáticas em nível de bacia hidrográfica é tão importante, pois possibilita definir os graus de vulnerabilidade dos recursos hídricos e planejar ações adequadas de adaptação, além de definir os futuros riscos para o desenvolvimento de projetos ambientais em uma região. No Brasil merece destaque o trabalho de Gouvea (2008), que utilizou o cenário A1B do SRES, um cenário intermediário de emissões de CO2, para avaliar os possíveis impactos que as alterações de temperatura, precipitação, insolação e concentração de CO2 na atmosfera poderão causar na produtividade da cana- de-açúcar na região de Piracicaba, SP, levando-se em conta, também, os avanços tecnológicos. Os resultados da pesquisa evidenciaram uma redução na disponibilidade dos recursos hídricos, refletidas em um aumento das deficiências e redução dos excedentes hídricos.
Alguns trabalhos já têm sido desenvolvidos com esse enfoque utilizando o SWAT, que possibilita simular os processos hidrológicos submetidos a mudanças climáticas através da alteração dos parâmetros de entrada do
modelo. Dentre eles podem ser citados os de Nunes e Pacheco (2004), Jha et al. (2006) e de Mohammed (2009). Nunes e Pacheco (2004) analisaram os cenários A2 e B2 de alterações climáticas de duas bacias hidrográficas, em Portugal, e suas consequências no balanço hidrológico, erosão, perda de solo e “stress” hídrico da vegetação, em termos anuais e sazonais, tendo constatado um aumento de cerca de 50% nas taxas de erosão. Os resultados indicam, ainda, consequências severas para a disponibilidade de água para a vegetação, em especial devido ao aumento potencial dos anos de seca, conforme um dos cenários simulados. Jha et al. (2006) fizeram um estudo de oito cenários na bacia do rio Mississippi e alertam para a magnitude dos impactos no regime hidrológico da região que podem ocorrer como resultado das mudanças climáticas. Já Mohammed (2009) avaliou quantitativamente as variações na disponibilidade de água e produção agrícola sob os efeitos das mudanças climáticas, utilizando os cenários A2 e B2 de emissão de CO2, na bacia de Anjeni, na Etiópia, que segundo o autor, é uma das regiões mais variáveis às mudanças no clima.
Outros estudos a respeito da simulação de cenários de alteração climática e seus impactos no ambiente podem ser encontrados em Gassman et al. (2007), os quais fizeram uma compilação de vários trabalhos sobre este assunto, utilizando o SWAT.