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NEXUS – Nodes of Excellence in (SEA) Universities through Spatial data

Mudanças globais: Os desafios do futuro. Acesso à água e ao saneamento; Água, solo e a segurança alimentar; Água e

energia; Água e urbanização.

Rodrigo Proença de Oliveira

107-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


Tópicos

1. A grande aceleração e os grandes desafios da humanidade

2. O estado da água

3. O acesso à água e ao saneamento

4. Água, solo e segurança alimentar

5. O nexus água e energia

6. Água e urbanização

7. Notas finais: Pessimismo ou otimismo



A grande aceleração e os grandes desafios da humanidade

07-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira 3


O crescimento da população



Pobreza no mundo

Boas notícias:

• A pobreza extrema está a diminuir (2015: 736m pessoas, 10% da população mundial; 2018: 8.6%.);

• O desenvolvimento económico e a expansão do sistema de segurança social na Ásia, diminuiram a pobreza ectemasnesta região.

Más notícias:

• 8,6% é muita gente!

• A pobreza é um problema cada vez mais difícil de ultrapassar;

• A pobreza em África é particularmente difícil de reduzir devido às económicas deficientes destes pais e a elevada taxa de natalidade.



A grande aceleração

The Great Acceleration Graphs. Steffen et al 2004.



Procura global de água



Procura global de água

8

Source: OECD (2012a); output from IMAGE.07-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


Stress hídrico em 2007



Utilização de águas subterrâneas em 2000



Captação de águas subterrâneas



Tendências do volume de águas subterrâneas



População mundial sob stress hídrico

13Source: OECD (2012): Water: The environmental outlook 2050.



Impacto da variabilidade climática no PIB

Círculos maiores (maior GDP) em países com menor CVI



Variação da precipitação e do PIB na Etiópia

Fonte: World Bank: Etiopia: Managing water resouces to maximize sustainable growth



Wet tu Brutus?



Capacidade de armazenamento per capita



Escassez de água: Física e económica



Financiamento versus necessidades de investimento

• A ajuda internacional já atinge os 140 mil milhões de USD por ano.

• A necessidades são muitas, mas a falta de projetos viáveis em condições de ser financiados

(bankable projects) é um problema crescente.



Tendências da qualidade da água


Source: OECD (2012): Water: The environmental outlook 2050.


Manutenção de um bom estado da água

• Todos as massas de água devem manter um bom estado químico e ecológico; isso inclui os rios, lagos, estuários, águas subterrâneas águas costeiras e a sua vegetação ribeirinha;

• Isto exige:– Um regime de escoamento adequado, próximo às condições naturais (isso é mais que um

requisito mínimo de descarga);

– Boa qualidade da água (a descarga de contaminantes deve ser controlada);

– Conectividade da água ao longo dos corpos d'água;

– Condições hidromorfológicas quase naturais (barragens, açudes, dique e outras infraestruturas afetam essa condição)

• No caso de albufeiras, é necessário:– Garantir a circulação da água para evitar áreas com água estagnada de baixa qualidade;

– Garantir que a água descarregada a jusante tenha uma qualidade suficientemente boa, compatível com os usos a jusante.

DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira 2107-Mar-20


O acesso à água e ao saneamento

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Direito humano à água e saneamento

• AG das Nações Unidas, julho de 2010 (Resolução A / RES / 64/292): O acesso àgua potável e ao

saneamento são essenciais para a realização de todos os direitos humanos.

• Comité dos Direitos Económicos, Sociais e Culturais (novembro de 2002) (Comentário Geral No. 15):

– O direito humano à água é indispensável para levar uma vida com dignidade humana. É um pré-requisito

para a realização de outros direitos humanos.

– O direito à água como direito de todos a água suficiente, segura, aceitável e física e economicamente

acessível para uso pessoal e doméstico.

• O que isso significa:– Suficiente. Os usos pessoais e domésticos incluem bebidas, saneamento pessoal, lavagem de roupas, preparação de alimentos, higiene pessoal e doméstica (OMS: 50 a 100 litros

por pessoa por dia);

– Seguro. Portanto, livre de microrganismos, substâncias químicas e riscos radiológicos;

– Aceitável. A água deve ter cor, odor e sabor aceitáveis para cada uso pessoal ou doméstico

– Fisicamente acessível: nas imediações do domicílio, instituição educacional, local de trabalho ou instituição de saúde. (OMS: a 1.000 metros da casa e o tempo de coleta não deve

exceder 30 minutos).

– Economicamente acessível. (PNUD: os custos da água não devem exceder 3% da renda familiar).

• Isso não significa:– A água é grátis

– Está disponível em casa.

– Deve ser fornecido pelo governo; Os governos devem garantir que água e saneamento sejam fornecidos



Acesso a água potável (%pop)



Melhoria no acesso à água potável (%pop)



População sem acesso a água potável




Acesso ao saneamento (%pop)



Melhoria no acesso ao saneamento (%pop)



População sem acesso a condições de saneamento

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SDG 6: Disponibilidade e gestão sustentável da água



Proporção da população a beber água contaminada



Impactos na mortalidade



Thames Tideway Tunnel


• Tunel: Comprimenro: 25 km; Diametro: 7 m; Prof 65 m abaixo do rio

• Caudal de dimensionamento: 39000 Mm3/year de águas residuais

• Investimento: 4,2 milhares de milhões de libras.


Plano Geral de Drenagem de Lisboa 2016-2020


• 2 tuneis de 5 m de diâmetro:– Campolide –Santa Apolónia, 5 km

– Chelas – Beato, 2 km

• 180 milhões de euros de investimento


Água, solo e segurança alimentar

04

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Captação de água por setor e região



Área agrícola

Source:http://data.worldbank.org/

37DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


Área arável




Área regada




Agricultura de regadio vs agricultura de sequeiro

80% da área agricola é abastecida directamente pela precipitação;

60% da produção agrícola é assegurada directamente pela precipitação.4007-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


Recursos hídricos disponíveis

Precipitação

110.300

km3/ano

Evapotranspiração

(Água verde)

69.600 km3/ano

Escoamento

(Água azul)

40.700 km3/ano

Disponível

12.500 km3/ano

Não captado

20.426 km3/ano

Em regiões remotas

7.780 km3/ano

ETP utilizada

18.200 km3/ano

Florestas

ETP não utilizada

51.400 km3/ano

Agricultura não irrigada

Captado 4.430 km3/anoUsos no curso 2.350 km3/ano

Não utilizado 5.520 km2/ano

51.400 km3/ano 18.200

km3/ano3.000 km3/ano

3.700 km3/ano

24.980 km3/ano

28.206 km3/ano

Fonte: baseado em Rogers, P., 2006, Water governance, water security and water sustainbility. In: Rogers, Lamas e Martinez-Cortina, Water crisis: mith or reality?, Fundacion Marceino Botin, 2006



Pégada hídrica e água virtualAs cores da água

Cores da água(Falkenmark, 1995):

• Água azul – água em rios e aquíferos;

• Água verde – água evapotranspirada

– Productiva – Evapotranspiração de plantas

– Não produtiva – Evaporação de superficies liquidas e de terrenos

• Água cinzenta: Água necessário para assimilação de descargas contaminadas

Água virtual (Allan, 1997): Água incluida num produto

Pégada hídrica:

• Inclui consumo de água e poluição (durante todo o ciclo de produção, da cadeia de suprimentos ao usuário final): uso direto e indireto da água;

• Conceito aplicável a um processo, produto, empresa ou setor.



Pégada hídrica



Págada hídrica mundial


Pégada hídrica mundia (1996-2005):1385 m3/yr per capita.

Source: Mekonnen and Hoekstra, 2011)


Pégada hídrica do consumo

Pegada hídrica do consumo nacional:quantidade de água doce usada para produzir os bens e serviços consumidos pelos habitantes da nação; inclui importações e exclui exportações.


Source:Mekonnen and Hoekstra (2011).

Lite

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http://temp.waterfootprint.org/Reports/Report50-NationalWaterFootprints-Vol1.pdf


Pégada hídrica interna e externa do consumo


Importações líquidas de água virtual para a Europa


Comércio de água virtual (importações líquidas) com a América do Sul


Countries with net virtual water import related to import of agricultural and industrial products

from Latin America and the Caribbean (green) and countries with net virtual water export due

to agricultural and industrial exports to Latin America and the Caribbean (red) over the period 1996-2005. Only the biggest gross virtual water flows (>10 billion m 3 /year) are shown.

Source: Mekonnen, M.M.; Hoekstra, A.Y. National

Water Footprint Accounts: The Green, Blue and Grey

Water Footprint of Production and Consumption; UNESCO-IHE: Delft, The Netherlands, 2011.


Comércio de água virtual (importações líquidas)


Source: El-Sadek, 2001, Virtual water: an effective mechanism for integrated water resources management, Agricultural Sciences 2(03):248-261


Transações globais de água associadas a produtos agrícolas



Comércio de água virtual e a eficiência hídricana produção de alimentos

• Cereais:– Sequeiro: 2.2 Mton/ha– Regado: 3.5 Mton/ha

• Cereais:– Países desenvolvidos: 3.2 Mton/ha– Países em desenvolvimento: 1.5 Mton/ha

• Exemplo: Produção de milho:– China: 900 m3/ton;– França: 400 m3/ton;– A importação de 1 ton de milho produzido em França pela China poupa 900 m3 de água à China e

500 m3 ao mundo.

• Opportunidade: – Uso de água verde: economia global de água, menor investimento de capital em barragens, e

outras infraestrturas, equipamentos de rega, menos impactos ambientais e menos problemas de salinização;

– Potenciais impactos sociais (apropriação de terras);

DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira 50

Fonte: SIWI, IFPRI, IUCN, IWMI (2005) citado em Obuodie, E. et al, 2005, The role of green water in food trade, Universitat Bonn.

07-Mar-20


Consumo diário médio de calorias em 1995

• Uma dieta saudável requere entre 2000 kcal - 2500 kcal (8000 kJ – 10000 kJ) por dia• No mundo, há 870 mil milhões de pessoas a sofrer de malnutrição.• Nota sobre unidades: Por vezes usa-se erradamente o símbolo Cal para designar kcal; 1 J = 0,24 cal.



Dieta média mundialMundo: 2870 kcal/dia

Cereais: 51%

Açucares e gorduras: 19%

Carne, peixe, leite e ovos: 14%

Produtos frescos: 8%.

Tubérculos:5%.

Outros: 3%


Nota: Este gráfico usa o símbolo Cal para designar kcal.


Necessidades de água para produção de alimentos per capita



0

1000

2000

3000

4000

5000

potatoes beans w heat rice poultry beef

Litro

sd

e á

gu

a

Batata Feijão Trigo Arroz Aves Bovinos

Água consumida para produzir 10g de proteinas

Á Água consumida para produzir 500 calorias

67

89

132

421

135

219

204

251

303

1515

1000

4902

Basead California crop yields and water productivity. Source: Renault and Wallender (2000)

Consumo de água por quantidade de proteínas e de calorias



Como alimentar 9 mil milhões de pessoas?

• Consumo doméstico = 100 l/hab/dia• Alimentação (2000-3000 cal/dia) = 3000 litros/dia• Necessidade por pessoa = 1130 m3/hab/ano + consumos de

energia e produtos industriais

• População actual = 7 mil milhões (inc. 856 milhõessubnutridos)

• Necessidades de água:– Consumo doméstico = 220 km3/ano– Alimentação = 7000 km3/ano

– Total = ~7300 km3/ano + consumos de energia e produtos industriais

• População em 2050 = 9 mil milhões (0 milhões de subnutridos)

• Necessidades de água:– Consumo doméstico = 320 km3/ano– Alimentação = 10 000 km3/ano

– Total = ~10 300 km3/ano + consumos de energia e produtos industriais



O desafio da produção de alimentos (3000 kcal/pessoa/dia)


Fonte: SIWI, IFPRI, IUCN, IWMI (2005) citado em Obuodie, E. et al, 2005, The role of green water in food trade, UniversitatBonn.


Disponibilidade de terra



Degradação dos solos


O solo é um recurso escassoProdução de solo:

• 400 milhões de toneladas de solo por ano (World Watch Institute);

• 10.000 a 50.000 anos para criar um metro de solo (Merrits et al., 1998; Tarbuck et al., 2009).

Perda de solo:

• World Watch Institute: 25 mil milhões de solo por ano; em cerca de 35% da área agrícola do mundo, a erosão é maior que a produção de solo.

• Volume de fluxo sólido nas vias navegáveis do planeta:

– Antes do aparecimento do homem: 9x109

ton/ano;

– Atualmente: 24x109 ton/ano

• Perda de terras aráveis:

– EUA: 4 a 5 milhões de acres são perdidos por ano;

– Mundo: desde 1950, perdemos 1/3 da terra cultivada devido à erosão.


Degradação dos solos

• Erosão por precipitação e vento

• Degradação e deterioração do solo (redução significativa da sua produtividade):– Salinização

– Perda de nutrientes

– Selagem/impermeabilizaçao

– Compactação

• Processos naturais que são potenciados por métodos inadequados de agricultura e rega


US Great Plains, 1935 Recommendation: The grapes of Wrath• Book by Steinbeck• Film by John Ford


Desperdício de produção

Um terço da produção de alimentos para consume humano é perdido: 1300 milhões de ton/ano.6007-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira


O nexus águae energia

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O nexus água-energia



Produção de energia

IEA Report. World Energy Outlook Special Report 2013: Redrawing the Energy Climate Map.



Produção de energia primária

LBST (2006): Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH



Produção de energia elétrica de fontes não renováveis



Water for energy consumption



Energy for water



Biofuels



Produção de energia e os impactos nos recursos hídricos

• Os vários cenários sugerem a manutenção da produção líquida de eletricidade de origem hídrica;

• Qual será o papel da hidroeletricidade no armazenamento de energia produzida por outras fontes renováveis, como por exemplo a eólica e a solar?

• Tecnologias disruptivas:

• Redes energéticas inteligentes

• Produção e consumo local, com armazenamento de excedentes em “super” baterias

• Armazenamento de energia por ar comprimido em maciços geológicos 07-Mar-20DASE (Desafios de Ambiente e Sustentabilidade em Engenharia) 2019/20 @Rodrigo Proença de Oliveira 69


Água e urbanização

06

70


Concentração da população em cidades



Urbanização• A urbanização concentra as pressões

antropogénicas sobre os recursos naturais, incluindo os hídricos.

• Reunindo os estratos mais afluentes da população, as cidades consumem recursos e produzem emissões e resíduos numa parcela desproporcional à sua população.

• No entanto, com mais de 50% da população mundial as cidades ocupam apenas 3% da superfície do planeta e produzem 80% do PIB global.

• Os serviços de infraestruturas podem ser oferecidos de forma mais eficiente e a custos mais baixos.

• Existe um enorme potencial de reutilização e de utilização eficiente dos recursos.



Pessimismo ouotimismo?

07

73


Um mundo de crises

Água

Energia

Clima

Alimentação

Recursos

financeiros



Otimismo ou pessimismo?

• Há muita água no mundo

• Na natureza a água é gratuita

• Em muitos locais a água está acessível a custos baixos

• A natureza recicla a água de forma contínua

• Há enormes reservas de água subterrâneas.

• Há 5 mil milhões de pessoas com acesso a água potável

• Há 3 800 milhões de pessoas com acesso a saneamento básico

• Há milhões de pessoas a sair da pobreza

• A agricultura e a industria estão tornar-se cada vez mais eficientes

• O mundo está ganhar consciência para os problemas da água

• Nem sempre onde e quando precisamos

• As infraestruturas hídricas são caras

• As pessoas assumem como garantido o acesso à água

• A contaminação aumenta a um ritmo mais rápido do que a natureza pode reciclar.

• O consumo de água aumenta mais rapidamente que a reciclagem da água.

• Há 1 milhão de pessoas que não tem acesso a água portável

• Há 2 400 milhões de pessoas sem acesso a saneamento básico

• O aumento do nível de vida conduz a um aumento do consumo de água per capita

• O aumento da população e do seu nível de vida aumentam a procura de água

• A consciencialização tarda a converter-se em acção.



A crise do estrume de 1894• No final dos anos 1800 as grandes cidades

dependiam dos cavalos para o transporte de pessoas e bens.

• Em Londres havia 50 000 cavalos e em Nova Iorque 100 000 cavalos.

• Cada cavalo produz por dia cerca de 6 a 16 kg de estrume e 1 litro de urina.

• Em 1894, o The Times previu que em 50 anos as ruas de Londres ficaria soterradas em 3 metros de estrume.

• O problema foi debatido em 1898 na 1ª conferencia de planeamento urbano em Nova Iorque.

Em 1908, Henry Ford lançou no mercado o Ford T.

Em 1920 o automóvel tinha substituído os cavalos

nas cidades.



Obrigado

Rodrigo Proença de Oliveira

[email protected]


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