1 Autores: David Rogers Tilley & Mark T. Brown Publicado em: Ecological Modelling 192 (2006) Dynamic emergy accounting for assessing the environmental benefits of subtropical wetland storm-water management systems Contabilidade da dinâmica emergética para avaliar os benefícios do sistema de manejo hidrológico em uma zona úmida subtropical

2 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) A sociedade deve conhecer os benefícios que obtém das terras úmidas e estimar seu valor econômico. Para isso, é necessário que adquira conhecimentos sobre as propriedades, funções e a dinâmica temporal dos ecossistemas. Para medir os benefícios ecológicos e hidrológicos que as zonas úmidas proporcionam às áreas urbanas é necessário contar com ferramentas científicas adequadas. H. T. Odum desenvolveu métodos para elaborar modelos ecossistêmicos e fazer simulações de ecossistemas que permitem visualizar a dinâmica temporal de seus estoques de emergia e o valor da suas transformidades.

3 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) A hidrologia das zonas úmidas é muito dinâmica, com um período em que parte da terra fica seca (exposta) e um período no qual parte do solo fica completamente inundado. Dependendo da hidrogeologia e geomorfologia da região, as águas de chuva podem desempenhar um importante papel na armazenagem da água, controlando o nível do lençol freático e alterando a superfície de descarga. A contabilidade dessas mudanças diárias podem ser complementados pelo uso de uma contabilidade dinâmica temporal, usando a abordagem emergética.

4 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Objetivo dessa pesquisa de Tilley e Brown foi: 1.Demonstrar como os princípios de contabilidade da dinâmica emergética podem ser usados em um modelo de simulação eco-hidrológica para mostrar as mudanças diárias na emergia nos fluxos de água e estoques, em uma zona costeira urbanizada retroalimentada com o manejo do sistema hídrico da zona úmida, 2.Avaliar os benefícios eco-hidrológicos do modelo de manejo da água “WSMW”, 3.Mostrar a variação temporal das transformidades nos vários estoques ecológicos.

5 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Importância econômica A contabilidade emergética é uma abordagem biofísica para estimar a contribuição da natureza nas atividades econômicas. Oposto a outros métodos que se baseiam na percepção intuitiva da população sobre o valor da contribuição da natureza, que geram valores incorretos. A potência emergética (empower) de um input que contribui a economia de uma nação, estado, cidade, etc pode ser expresso em em-dólares (Em$ ). Isso é possível dividindo o fluxo de emergia pelo fluxo monetário. Quantitativamente, Em$ indica o quanto um serviço ecossistêmico ou produto ambiental contribui com a economia.

6 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Caracterização da área de estudo O clima é subtropical, com temperaturas entre 19 e 28C; a média anual de chuva é 1473 mm/ano, com clara sazonalidade, dois terços da chuva na estação úmida (maio a outubro) e um terço durante a estação seca (novembro a abril); a topografia mostra que seus pontos mais altos estão a apenas 7,6 metros acima do nível do mar e a maior parte do terreno está a menos de 3 metros acima do nível do mar. Black Creek (C-1) é parte do sistema de drenagem artificial do sul da Flórida. Dois terços da sua área não é urbanizado e apenas 15% é impermeabilizado.

7 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) O aqüífero da região é chamado Biscane. Este aqüífero possui na parte superior solo calcário duro e embaixo solo arenoso. Sua profundidade varia entre 3 m e 37 m. Tábuas de maré mostram variações entre 1,5 e 0,3 m acima do nível do mar. O aquífero tem uma porosidade de 20% e uma difusividade da ordem de 1,0 x 10 6 m 2 /dia.

8 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Modelagem: para avaliar atender o objetivo foi desenvolvido um modelo de simulação computacional, usando a linguagem do sistema de símbolos de energia. O processo teve 5 etapas: 3. O modelo de simulação foi construído de acordo com o sistema de diagramas energéticos no software Extend®; 1.Complexos diagramas do sistema foram desenhados, organizados de acordo com a energia, componentes internos e ligações entre eles, respeitando suas transformidades; 2. O diagramas foram agregados para reduzir a complexidade. Foram selecionadas as funções, componentes, fluxos e processos que contribuem ou processam a maior parte da emergia solar; 4. Os coeficientes foram calibrados com dados das fontes de energia, dos estoques e com dados da literatura; 5. O modelo foi validado com dados hidrológicos históricos.

9 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Simulação Emergética As equações para simular a emergia foram feitas usando Extend. Os valores das Transformidades da radiação solar, chuva; bem como seus estoques iniciais tiveram foram obtidos de dados da literatura. A água evaporada e transpirada não reduz a emergia do estoque, porque o material dispersado por ela é reciclado em larga escala e acaba por perder a habilidade de executar trabalho no sistema hídrico. A taxa de mudança do estoque de água foi obtida do balanço das entradas e saídas (inputs e outputs). A mudança de emergia dos estoques foi descrita por três equações. Se o estoque de água aumenta, sua emergia será a diferença entre os fluxos de entradas e saídas do estoque. Se o estoque não mudar, a emergia não muda. Quando o estoque de água diminui, a emergia também se reduz, de acordo com o produto da saída de água pela sua transformidade.

10 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) VTD

11 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Calibração do modelo As taxas constantes foram previamente determinadas com dados da região; Inicialmente considerou-se que não havia o sistema de manejo da zona úmida; O modelo foi modificado incluindo a zona úmida e suas variáveis, como seu estoque de água, solo úmido, biomassa, fluxos de descarga, canal de entrada de água e evapotranspiração.

12 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) A validação foi feita nas seguintes etapas: Comparando o resultado da simulação com uma série de dados; Comparando outros parâmetros obtidos pelo modelo, como infiltração, evaporação, escoamento superficial e transpiração, com os valores da região. Foram considerados dados dos três anos anteriores a 2004 e do período de

13 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2005) Valoração em Em-dólares das propriedades hidrológicas. O valor público foi estimado considerando o efeito multiplicador da água na economia. Isso foi feito multiplicando a emergia da água estocada pela emergia da media de investimentos regionais. Assume que a água é um material básico para as atividades econômicas, que tem a habilidade de atrair mais investimentos para a região. Os valores eco-hidrológicos consideraram: 1.O fluxo de em-dólares associados a superfície de descarga e a transpiração; 2.O valor em-dólar da capacidade extra de estocar água.

14 Água superficial Solo úmido Água do aquífero Água do canal Recarga de água do aquífero Biomassa terrestre

15 Energia solar sobre a terra Energia solar sobre a água sup.

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17 Superfície detentora de água Solo úmido Água superficial do aquífero Recarga de água superficial Água da zona úmida Solo úmido da zona úmida Recarga de água superficial na zona úmida

18 Biomassa terrestre Biomassa da zona úmida Água do canal Energia solar sobre a terra Energia solar sobre a água sup. Energia solar sobre a z. úmida

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20 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Resultados: mudanças no fluxo e estoques da água Comparação entre o volume da vazão do Canal quando a zona úmida ocupa 1, 10 e 25% da área.

21 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Nível da água do aquífero quando a zona úmida varia de tamanho entre 1 e 25% da Bacia. Resultados: mudanças no fluxo e estoques da água

22 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Taxas de transpiração e evapotranspiração com diferentes porcentagem de cobertura por zona úmida ou terras altas (secas).

23 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Valor em Em-dólar da água retida por área de zona úmida aumentada na Bacia. Se 1% da área for ocupada pela zona úmida, interceptando as saídas, o decréscimo de água não descarregada da terra aumentará em US$ 694/ano o produto econômico (US$4.800/ano). Assume-se que o valor em EM$ dos recursos renováveis é comparável com a taxa de crescimento do estado. Resultados: Avaliação Econômica

24 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Nesta área o total de contribuição da transpiração para a economia foi de US$ 22,000,000 /ano quando não havia nenhuma zona úmida, assumindo que a taxa de investimento na Flórida é 7:1. Incorporando 2550 ha de zona úmida o valor para a transpiração passa para US$ 48,000,000 /ano. Valor em Em-dólar da transpiração nas terras secas, zona úmida e na Bacia toda, conforme aumenta a área de zonas úmidas. Resultados: Avaliação Econômica

25 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Aumentando a área da zona úmida, o suplemento de água que vem do sistema de canais poderia ser substituído sem prejudicar a produtividade. O simulação mostrou que se o fluxo do canal for reduzido 75% (um valor de 4.0×10 6 EM$ /ano) e 10% da área for reservado a zona úmida neste sistema de manejo, a produtividade natural do sistema aumentará em 0.3×10 6 EM$ /ano. A rede de benefícios complementares será da ordem de 4.3×10 6 EM$/ano. Resultados: Avaliação Econômica

26 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) A transformidade da água do canal e da água do aquífero mudam durante o dia de acordo com os fluxos de entrada e saída. Sem a zona úmida, durante as chuvas, as transformidades forem grandes variações, diferente de quando 25% é zona úmida. Resultados: Transformidades

27 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Resultados: Transformidades

28 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) Resultados: Transformidades Mudanças na transformidade quando a zona úmida ocupa 10% da área. As transformidades respondem aos pulsos de chuva.

29 Modelo eco-hidrológico (Tilley & Brown, 2006) A transformidade da água da zona úmida diminui conforme a área da zona úmida aumenta. Um possível explicação é que a entrada do canal é constante, mas decresce do total e a água da chuva, que possui baixa transformidade passa a ter um maior peso conforme aumenta área ocupada pela zona úmida. A transformidade da água do canal também tende a diminuir conforme a zona úmida aumenta, pois há um redirecionamento do fluxo do canal. Resultados: Transformidades Há diferentes formas de calcular as transformidades de acordo com a forma que a energia é alocada dentro do sistema. Nesse modelo os fluxos internos de emergia foram alocados de acordo com cada interação. A dinâmica emergética ainda precisa de mais pesquisas.