Dynamic simulation model to valuate ecological hydrological services at Piracicaba, Capivari e Jundiaí rivers basin

O objetivo principal desta pesquisa foi desenvolver um modelo de simulação dinâmica para a valoração ecológica de serviços ecossistêmicos hídricos, baseado em princípios de Dinâmica de Sistemas com o auxílio do software STELLA. A hipótese básica adotada foi que: a valoração ecológica dos serviços ecossistêmicos deve contar com uma ferramenta integradora dos elementos envolvidos na modelagem ecológica como requisito básico para compreensão da dinâmica ecossistêmica que gera fluxos de serviços ecossistêmicos hídricos (SEH). Os SEH são os benefícios gerados a partir das complexas interações, entre os componentes do ciclo hidrológico e que tem a ver com a preservação tanto em quantidade como em qualidade da oferta de água. O modelo foi desenvolvido, através de uma análise sistêmica dos processos ecossistêmicos compreendidos dentro do ciclo hidrológico, foram determinadas as principais variáveis e suas respectivas inter-relações, de acordo com a estrutura desse ciclo. Essa estrutura foi representada no diagrama causal, que serviu de base à elaboração do diagrama de estoque e fluxo, por meio do qual se estabeleceu o modelo matemático que permitiu efetuar a simulação numérica. A escala temporal de aplicação do modelo é diária e foram efetuadas 365 simulações, o que permitiu estimar fluxos anuais de SEH. O modelo foi parametrizado na sub-bacia das Posses, Município de Extrema, Minas Gerais; aqui esta sendo implementado o primeiro projeto piloto, baseado na relação floresta-água, de pagamentos por SEH do Brasil. Foram examinados 36 cenários, com o objetivo de avaliar o impacto que têm variáveis como: textura de solo, altura da vegetação, índice de área foliar e profundidade do lençol freático na geração dos fluxos de SEH em água na superfície, infiltrada e armazenada; porém foi avaliado como estes incidem de forma quantitativa na manutenção da oferta de água disponível. O modelo desenvolvido permitiu aumentar a compreensão dos fluxos de SEH, o que representa uma ferramenta de elevado potencial de aplicação nas fases de definição de âmbito, de avaliação de alternativas e monitoramento de esquemas de pagamentos por SEH no Brasil.The main objective of this research was to develop a dynamic simulation model to valuate ecological hydrological ecosystem services. The principles of System Dynamics were applied using the software STELLA. A basic hypothesis was adopted: ecological valuation of ecosystem services must use a tool to integer all the elements involved in ecological modeling, as a basic requirement to understand the ecosystem dynamic that generates water fluxes as hydrological ecosystems services (HES). HES are the benefits generated from complex interactions that occur within the hydrologic cycle; those interactions deals with the preservation of available water, in quantity and quality. The model was developed after a systemic analysis of the ecosystem processes involved in the hydrologic cycle; pointing out the main variables and the interrelations that constitute it. Then, the structure of those relations was represented in a causal diagram; becoming the base to built up the stocks and flows diagram. This later diagram established the mathematical model that allowed the numerical simulation. The time step of the model is one day during 365 days, estimating annual water HES. The model was parameterized at Poses sub-watershed, Extrema County, Minas Gerais. In Extrema was established the first payment for HES project in Brazil, based on the relationship between forest land and water availability. Thirty six scenarios were studied considering surface, infiltrated and stored water services fluxes; affecting the availability of water. The objective of those scenarios was to evaluate the impact that variables such as: soil texture, vegetation height, leaf area index and groundwater depth have on water flux generation. The model developed enables to increase the understanding of HES fluxes, becoming a tool with a broad spectrum of applications during the stages of assessing and scoping alternatives for payment of environmental services and to monitor HES programs in Brazil