O presente trabalho tem como área de estudo o Sistema Cantareira de abastecimento de água. Considerando a importância da gestão ambiental para este sistema e a discussão sobre a problemática relacionada aos recursos hídricos, diversas alternativas foram criadas visando incentivar e orientar o gerenciamento participativo nesta área. Tais inciativas contam com instrumentos governamentais estabelecidos pela política nacional para a proteção ambiental e gestão os recursos hídricos. Como exemplos, pode-se se citar a Política Nacional de Recursos Hídricos, que instaurou os Comitês de Bacias Hidrográficas, e o Sistema Nacional das Unidades de Conservação, que fomentou a criação dos conselhos. Em especial no Sistema Cantareira foram identificados nesta pesquisa três Comitês de Bacias Hidrográficas e 5 Conselhos de Unidades de Conservação. Existe uma sobreposição destes Organismos Consultivos/Gestores na área de estudo deste trabalho. Diante desta realidade apresenta-se a governança e o diálogo de saberes como meios para a gestão no Sistema Cantareira possa ser mais articulada. A governança propõe que novos caminhos teóricos e práticos sejam apresentados e adotados visando estabelecer uma relação alternativa entre o nível governamental e a sociedade civil, o que diante de realidade do Sistema Canteira é importante e necessário. Neste contexto diversos atores com conhecimentos e experiências diversificadas precisam estar envolvidos, e o diálogo de saberes torna-se uma via para que estes conhecimentos dialoguem entre si e sejam confrontados estabelecendo o interconhecimento. Buscando verificar a existência da governança e do diálogo de saberes no Sistema Cantareira adotou-se como metodologia a pesquisa qualitativa realizada em três fases: exploratória que neste trabalho envolveu a pesquisa bibliográfica e a aplicação questionários com perguntas abertas para os representantes de todos os Organismos Consultivos/Gestores presentes no Sistema Cantareira, participaram deste levantamento 79 representantes; a fase do trabalho de campo na qual foram realizadas 18 entrevistas com representantes do Conselho da APA Fernão Dias em Minas Gerais, do Conselho Unificado Gestor Unificado das APAs Piracicaba/Juqueri-Mirim Área II, Sistema Cantareira e Represa Bairro da Usina em São Paulo e do Comitê Federal de Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí; e por fim a fase de análise dos resultados possibilitou a apresentação de um mapa que demonstra a sobreposição das Unidades de Conservação e dos Comitês de Bacias Hidrográficas no Sistema Canteira e a apresentação e sistematização dos dados obtidos das fases anteriores. Por meio dos resultados obtidos foi possível verificar a necessidade de elaboração de estratégias que ampliem a participação e a mobilização social e que trabalhem o diálogo de saberes nos processos de discussão e decisórios, visando uma articulação das propostas presentes na área de estudos. A pesquisa revelou também que existe potencial para que a governança e o diálogo de saberes aconteçam, tendo em vista a existência dos fóruns de debates existentes e de instrumentos que buscam garantir a participação de diversos atores sociais nas discussões de temáticas relacionadas ao Sistema Canteira. Por fim pode-se concluir que a governança e o diálogo de saberes são importantes elementos para a gestão ambiental e dos recursos hídricos no Sistema Cantareira. / The present work has as study area the Cantareira Water Supply System. Considering the importance of environmental management for this system and the current discussion related to water resources, various alternatives were created aiming to encourage and guide a participatory management in this area. Such initiatives are related to government apparatus established by National Policies for environmental protection and management of water resources. As examples, can be mentioned the National Water Resources Policy, which established the Watershed Committees, and the National System of Protected Areas, which fostered the creation of the councils. For the Cantareira Water Supply System were identified, in this research, three Hydrographic Basin Committees and five Conservation Areas Councils. There is thus an overlap of these Advisory/Management Committees in the study area of this research. Given this reality, this research presents the governance and the dialogue of knowledge as strategies for managing the Cantareira Water Supply System in a more articulate way. The Governance proposes that new theoretical and practical ways are presented and adopted to establish an alternative relationship between government and civil society level which considering the Cantareira Water Supply System reality is important and necessary. In this context, many actors with diverse knowledge and experiences need to be involved, and the dialogue of knowledge becomes a pathway that allows discussions, confront different knowledge\'s, establishing the inter-knowledge. Seeking to verify the existence of governance and dialogue of knowledge in the Cantareira Water Supply System, a qualitative research methodology was adopted, and conducted in three phases. An exploratory work, which involved a literature research and questionnaires, with open questions, application to representatives of all Advisory/Management Committees present in the Cantareira Water Supply System. In this phase and 79 representatives participated in this survey. The phase of fieldwork in which 18 interviews were performed with representatives of the Fernão Dias EPA Council, located in Minas Gerais State, of the Unified Council of the Piracicaba/Juqueri-Mirim area II, the Cantareira System and the Usina Neighborhood EPA\'s, all located in São Paulo State and the Federal Committee of the Piracicaba, Capivari and Jundiaí River Basins. Finally, the stage of results analysis that allowed the presentation of a map that shows the overlap of Protected Areas and Watershed Committees in the Cantareira Water Supply System and presentation data obtained in previous stages. Through the results, it was possible to verify the necessity to develop strategies that enhance the participation and social mobilization and help to cultivate the dialogue of knowledge in discussions and decision-making processes, aiming an articulation of the current proposals to the study area. The survey also revealed that there is potential for governance and dialogue of knowledge to happen, given the existence of forums and instruments that seek to ensure the participation of different social actors in discussions of issues related to the Cantareira Water Supply System. Finally, it can be concluded that the governance and the dialogue of knowledge are important elements for Environmental Management and Water Resources Management in the Cantareira Water Supply System.

O presente trabalho tem como área de estudo o Sistema Cantareira de abastecimento de água. Considerando a importância da gestão ambiental para este sistema e a discussão sobre a problemática relacionada aos recursos hídricos, diversas alternativas foram criadas visando incentivar e orientar o gerenciamento participativo nesta área. Tais inciativas contam com instrumentos governamentais estabelecidos pela política nacional para a proteção ambiental e gestão os recursos hídricos. Como exemplos, pode-se se citar a Política Nacional de Recursos Hídricos, que instaurou os Comitês de Bacias Hidrográficas, e o Sistema Nacional das Unidades de Conservação, que fomentou a criação dos conselhos. Em especial no Sistema Cantareira foram identificados nesta pesquisa três Comitês de Bacias Hidrográficas e 5 Conselhos de Unidades de Conservação. Existe uma sobreposição destes Organismos Consultivos/Gestores na área de estudo deste trabalho. Diante desta realidade apresenta-se a governança e o diálogo de saberes como meios para a gestão no Sistema Cantareira possa ser mais articulada. A governança propõe que novos caminhos teóricos e práticos sejam apresentados e adotados visando estabelecer uma relação alternativa entre o nível governamental e a sociedade civil, o que diante de realidade do Sistema Canteira é importante e necessário. Neste contexto diversos atores com conhecimentos e experiências diversificadas precisam estar envolvidos, e o diálogo de saberes torna-se uma via para que estes conhecimentos dialoguem entre si e sejam confrontados estabelecendo o interconhecimento. Buscando verificar a existência da governança e do diálogo de saberes no Sistema Cantareira adotou-se como metodologia a pesquisa qualitativa realizada em três fases: exploratória que neste trabalho envolveu a pesquisa bibliográfica e a aplicação questionários com perguntas abertas para os representantes de todos os Organismos Consultivos/Gestores presentes no Sistema Cantareira, participaram deste levantamento 79 representantes; a fase do trabalho de campo na qual foram realizadas 18 entrevistas com representantes do Conselho da APA Fernão Dias em Minas Gerais, do Conselho Unificado Gestor Unificado das APAs Piracicaba/Juqueri-Mirim Área II, Sistema Cantareira e Represa Bairro da Usina em São Paulo e do Comitê Federal de Bacias Hidrográficas dos Rios Piracicaba, Capivari e Jundiaí; e por fim a fase de análise dos resultados possibilitou a apresentação de um mapa que demonstra a sobreposição das Unidades de Conservação e dos Comitês de Bacias Hidrográficas no Sistema Canteira e a apresentação e sistematização dos dados obtidos das fases anteriores. Por meio dos resultados obtidos foi possível verificar a necessidade de elaboração de estratégias que ampliem a participação e a mobilização social e que trabalhem o diálogo de saberes nos processos de discussão e decisórios, visando uma articulação das propostas presentes na área de estudos. A pesquisa revelou também que existe potencial para que a governança e o diálogo de saberes aconteçam, tendo em vista a existência dos fóruns de debates existentes e de instrumentos que buscam garantir a participação de diversos atores sociais nas discussões de temáticas relacionadas ao Sistema Canteira. Por fim pode-se concluir que a governança e o diálogo de saberes são importantes elementos para a gestão ambiental e dos recursos hídricos no Sistema Cantareira. / The present work has as study area the Cantareira Water Supply System. Considering the importance of environmental management for this system and the current discussion related to water resources, various alternatives were created aiming to encourage and guide a participatory management in this area. Such initiatives are related to government apparatus established by National Policies for environmental protection and management of water resources. As examples, can be mentioned the National Water Resources Policy, which established the Watershed Committees, and the National System of Protected Areas, which fostered the creation of the councils. For the Cantareira Water Supply System were identified, in this research, three Hydrographic Basin Committees and five Conservation Areas Councils. There is thus an overlap of these Advisory/Management Committees in the study area of this research. Given this reality, this research presents the governance and the dialogue of knowledge as strategies for managing the Cantareira Water Supply System in a more articulate way. The Governance proposes that new theoretical and practical ways are presented and adopted to establish an alternative relationship between government and civil society level which considering the Cantareira Water Supply System reality is important and necessary. In this context, many actors with diverse knowledge and experiences need to be involved, and the dialogue of knowledge becomes a pathway that allows discussions, confront different knowledge\'s, establishing the inter-knowledge. Seeking to verify the existence of governance and dialogue of knowledge in the Cantareira Water Supply System, a qualitative research methodology was adopted, and conducted in three phases. An exploratory work, which involved a literature research and questionnaires, with open questions, application to representatives of all Advisory/Management Committees present in the Cantareira Water Supply System. In this phase and 79 representatives participated in this survey. The phase of fieldwork in which 18 interviews were performed with representatives of the Fernão Dias EPA Council, located in Minas Gerais State, of the Unified Council of the Piracicaba/Juqueri-Mirim area II, the Cantareira System and the Usina Neighborhood EPA\'s, all located in São Paulo State and the Federal Committee of the Piracicaba, Capivari and Jundiaí River Basins. Finally, the stage of results analysis that allowed the presentation of a map that shows the overlap of Protected Areas and Watershed Committees in the Cantareira Water Supply System and presentation data obtained in previous stages. Through the results, it was possible to verify the necessity to develop strategies that enhance the participation and social mobilization and help to cultivate the dialogue of knowledge in discussions and decision-making processes, aiming an articulation of the current proposals to the study area. The survey also revealed that there is potential for governance and dialogue of knowledge to happen, given the existence of forums and instruments that seek to ensure the participation of different social actors in discussions of issues related to the Cantareira Water Supply System. Finally, it can be concluded that the governance and the dialogue of knowledge are important elements for Environmental Management and Water Resources Management in the Cantareira Water Supply System.

A comprehensive assessment of water security incorporates a range of water-related concepts, since water policy issues to specific technical aspects of hydrological conditions and their interactions with societal needs and ecosystem functioning. This doctoral thesis is organized into three chapters that address such range of water security-related topics, aiming to establish a conceptual baseline and propose deterministic and stochastic accounting frameworks for a river basin water security evaluation. Specific assumptions and research questions are defined in each chapter, and are related to the management of \'Cantareira water supply system\' (located in Southeastern Brazil), focusing on different scales and on its political and hydrological aspects as well. The first chapter acts as a conceptual baseline for water security assessment, by examining general aspects of the Brazilian water policy and water allocation system. This study contrasts Brazilian and American water management systems applied to water transfer projects, discussing experiences from the \'Cantareira system\' and Colorado river basin. A deterministic accounting framework is presented in the second chapter, which is based on management of blue and green water kinds (defined in accordance with hydrological processes and storage types), and demonstrates how a quantitative analysis of provisioning and use (abstraction and consumption) of both water kinds can be conducted. An agricultural basin (291 km²) within the Cantareira water supply system (located upstream of the Cachoeira reservoir) was used to illustrate this approach. The impact of blue and green water use on median water resources conditions is accounted by the scarcity indicator, while the vulnerability indicator considers the probability of low availability of water resources. In the third chapter quantifies and discusses the impacts of uncertainties on water security indicators (proposed in the chapter 2), based on a multi-model and resampling framework, that considers several uncertainty sources including those related to: i) observed streamflow data; ii) hydrological model structure; iii) residual analysis; iv) Environmental Flow Requirement methods; v) the definition of critical conditions for water provision; and vi) the critical demand imposed by human activities. Then, the uncertainty is propagated through different methodological arrangements applied to the same study basin of chapter 2. In brief, the first chapter indicates that both Brazilian and American water management system can potentially contribute to each other. In the second chapter, the Blue/Green water-based accounting framework reveal clear spatial and temporal patterns of water scarcity and vulnerability levels within the basin, thereby improving our understanding of how and where water-related threats to human and aquatic ecosystem security can arise (so called hot-spots). The third chapter provide a general method that can form basis for meaningful support to end-users facing water resource challenges by enabling them to incorporate a viable uncertainty analysis into a robust decision making process. Further investigation are proposed in each research step of this doctoral thesis. / A avaliação da segurança hídrica pode incorporar vários conceitos relacionados à água, desde aspectos da política de recursos hídricos até questões hidrológicas específicas e suas interações com a sociedade e ecossistemas. Esta tese de doutorado busca estabelecer uma base conceitual e propor esquemas metodológicos com base determinística e estocástica para avaliação da segurança hídrica de bacias hidrográficas. Objetivos específicos são definidos em cada capítulo e relacionam-se à gestão do \'Sistema Cantareira de abastecimento de água\' (localizado no Sudeste do Brasil), com foco em diferentes escalas, bem como aspectos políticos e hidrológicos. O primeiro capítulo é apresentado como baseline conceitual, examinando aspectos gerais da política de recursos hídricos e sistemas alocação de água. Este estudo compara sistemas de gestão aplicados a projetos de transposição de água inter/intra-bacias no Brasil e Estados Unidos, discutindo experiências do Sistema Cantareira e da bacia do rio Colorado. O segundo capítulo, por sua vez, propõe e analisa um esquema metodológico determinístico baseado na gestão das águas azul e verde (definidas de acordo com processos hidrológicos e unidades de armazenamento). Este estudo demonstra como uma análise quantitativa da provisão e utilização de ambos os tipos de água pode ser conduzida, propondo indicadores de escassez e vulnerabilidade hídrica. Esta abordagem foi aplicada em uma bacia agrícola (291 km²), localizada a montante do reservatório Cachoeira, que é integrante do Sistema Cantareira. O terceiro capítulo quantifica e analisa os impactos das incertezas sobre os indicadores de segurança hídrica propostos no capítulo 2, utilizando um esquema metodológico estocástico baseado em múltiplos modelos e reamostragem, que incorpora variadas fontes de incerteza, tais como: i) dados observados de vazão; ii) estrutura do modelo hidrológico; iii) análise de resíduos do modelo hidrológico; iv) estimativa de vazão ambiental; v) definição de condições críticas de provisão e vi) demanda hídrica. Em seguida, as incertezas são propagadas através de diferentes arranjos metodológicos aplicados na mesma bacia estudo do capítulo 2. Em conclusão, o primeiro capítulo sugere uma potencial troca de contribuições provenientes de ambos os sistemas de gestão brasileiro e americano. O segundo capítulo revela padrões espaciais e temporais dos resultados dos indicadores de escassez e vulnerabilidade, melhorando assim a compreensão de como e onde ameaças à segurança hídrica podem surgir. Por sua vez, a análise de incertezas desenvolvida no terceiro capítulo é capaz de gerar suporte a gestores de recursos hídricos e processo de tomada de decisões robustas. Recomendações específicas são geradas em cada capítulo da presente tese de doutorado.

A comprehensive assessment of water security incorporates a range of water-related concepts, since water policy issues to specific technical aspects of hydrological conditions and their interactions with societal needs and ecosystem functioning. This doctoral thesis is organized into three chapters that address such range of water security-related topics, aiming to establish a conceptual baseline and propose deterministic and stochastic accounting frameworks for a river basin water security evaluation. Specific assumptions and research questions are defined in each chapter, and are related to the management of \'Cantareira water supply system\' (located in Southeastern Brazil), focusing on different scales and on its political and hydrological aspects as well. The first chapter acts as a conceptual baseline for water security assessment, by examining general aspects of the Brazilian water policy and water allocation system. This study contrasts Brazilian and American water management systems applied to water transfer projects, discussing experiences from the \'Cantareira system\' and Colorado river basin. A deterministic accounting framework is presented in the second chapter, which is based on management of blue and green water kinds (defined in accordance with hydrological processes and storage types), and demonstrates how a quantitative analysis of provisioning and use (abstraction and consumption) of both water kinds can be conducted. An agricultural basin (291 km²) within the Cantareira water supply system (located upstream of the Cachoeira reservoir) was used to illustrate this approach. The impact of blue and green water use on median water resources conditions is accounted by the scarcity indicator, while the vulnerability indicator considers the probability of low availability of water resources. In the third chapter quantifies and discusses the impacts of uncertainties on water security indicators (proposed in the chapter 2), based on a multi-model and resampling framework, that considers several uncertainty sources including those related to: i) observed streamflow data; ii) hydrological model structure; iii) residual analysis; iv) Environmental Flow Requirement methods; v) the definition of critical conditions for water provision; and vi) the critical demand imposed by human activities. Then, the uncertainty is propagated through different methodological arrangements applied to the same study basin of chapter 2. In brief, the first chapter indicates that both Brazilian and American water management system can potentially contribute to each other. In the second chapter, the Blue/Green water-based accounting framework reveal clear spatial and temporal patterns of water scarcity and vulnerability levels within the basin, thereby improving our understanding of how and where water-related threats to human and aquatic ecosystem security can arise (so called hot-spots). The third chapter provide a general method that can form basis for meaningful support to end-users facing water resource challenges by enabling them to incorporate a viable uncertainty analysis into a robust decision making process. Further investigation are proposed in each research step of this doctoral thesis. / A avaliação da segurança hídrica pode incorporar vários conceitos relacionados à água, desde aspectos da política de recursos hídricos até questões hidrológicas específicas e suas interações com a sociedade e ecossistemas. Esta tese de doutorado busca estabelecer uma base conceitual e propor esquemas metodológicos com base determinística e estocástica para avaliação da segurança hídrica de bacias hidrográficas. Objetivos específicos são definidos em cada capítulo e relacionam-se à gestão do \'Sistema Cantareira de abastecimento de água\' (localizado no Sudeste do Brasil), com foco em diferentes escalas, bem como aspectos políticos e hidrológicos. O primeiro capítulo é apresentado como baseline conceitual, examinando aspectos gerais da política de recursos hídricos e sistemas alocação de água. Este estudo compara sistemas de gestão aplicados a projetos de transposição de água inter/intra-bacias no Brasil e Estados Unidos, discutindo experiências do Sistema Cantareira e da bacia do rio Colorado. O segundo capítulo, por sua vez, propõe e analisa um esquema metodológico determinístico baseado na gestão das águas azul e verde (definidas de acordo com processos hidrológicos e unidades de armazenamento). Este estudo demonstra como uma análise quantitativa da provisão e utilização de ambos os tipos de água pode ser conduzida, propondo indicadores de escassez e vulnerabilidade hídrica. Esta abordagem foi aplicada em uma bacia agrícola (291 km²), localizada a montante do reservatório Cachoeira, que é integrante do Sistema Cantareira. O terceiro capítulo quantifica e analisa os impactos das incertezas sobre os indicadores de segurança hídrica propostos no capítulo 2, utilizando um esquema metodológico estocástico baseado em múltiplos modelos e reamostragem, que incorpora variadas fontes de incerteza, tais como: i) dados observados de vazão; ii) estrutura do modelo hidrológico; iii) análise de resíduos do modelo hidrológico; iv) estimativa de vazão ambiental; v) definição de condições críticas de provisão e vi) demanda hídrica. Em seguida, as incertezas são propagadas através de diferentes arranjos metodológicos aplicados na mesma bacia estudo do capítulo 2. Em conclusão, o primeiro capítulo sugere uma potencial troca de contribuições provenientes de ambos os sistemas de gestão brasileiro e americano. O segundo capítulo revela padrões espaciais e temporais dos resultados dos indicadores de escassez e vulnerabilidade, melhorando assim a compreensão de como e onde ameaças à segurança hídrica podem surgir. Por sua vez, a análise de incertezas desenvolvida no terceiro capítulo é capaz de gerar suporte a gestores de recursos hídricos e processo de tomada de decisões robustas. Recomendações específicas são geradas em cada capítulo da presente tese de doutorado.

Water quantity, availability and, particularly, quality of Brazilian freshwater is under progessive degradation due to Anthropocene\'s environmental changing conditions. Strategies of Ecosystem-based Adaptation (EbA) are essential to mitigate these impacts. This Ph.D. thesis proposes a new model of water resources management, thereby integrating selfpurification and ecohydrologic processes to evaluate ecosystem services from watershed under change. In Chapter 2, this thesis examinates the payment for hydrologic cosystem services (Water-PES) in Brazilian Atlantic Forest and points ecohydrologic variables useful for assessing and further valuing hydrologic services. In Chapter 3, this thesis discusses proposals for freshwater monitoring plan which integrate quali-quantitative aspects for EbA and Water-PES projects. Therefore, in Chapter 4 experimental quali-quantative freshwater data from in-situ field observations are investigated according land-use/land-cover (LULC) in headwaters of water supply systems. In Chapter 5, through simulated impacts on freshwater yield from scenarios of LULC change, the grey water footprint (greyWF) is assessed, as well as environmental sustainability of sub-basins is depicted from a new ecohydrologic index for assessing hydrologic services. The methodology is performed using through field sampling and lab-analysing of physico-chemical, biologic and hydraulic variables in nested sub-basins draining to the Cantareira Water Supply System, in Sao Paulo and Minas Gerais states, Brazil. These areas participate in the Water-PES projects Water Producer/PCJ and Water Conservator at headwaters of Piracicaba watershed, during recent severe drought conditions between years 2013-15. The greyWF is estimated from outputs of time series simulated through ecohydrologic model Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Under assumption of continuity of Water-PES projects, and using the same series of hydrometorological records for a common period (2008-2014), freshwater quali-quantitative impacts are performed through three LULC scenarios: past situation \"S1\" (year 1990), current situation \"S2\" (year 2010) and future situation \"S2+EbA\" (year 2035). From these scenarios, flow and load duration curves, mean water yields, greyWF and seasonal variabilities, were simulated. Through this research, continuous-monitoring Data Collecting Stations were installed in public-private partnership encompassing EESC/USP, ANA, CPRM, CEMADEN, SMA, TNC, WWF and local mayors. This continuous monitoring is addressed to increase the system resilience, based on better decision-making for water security, in strategic headwaters not only for water supply, but also for environmental conservation. This doctoral thesis brings contributions to a better comprehension of anthropic impacts on water resources and for strategies of EbA in front of progressive rates of losses of ecosystem services. This PhD. thesis was part of three research initiatives which partly granted activities: (1) Thematic Project FAPESP 2008/58161-1 \"Assessment of Impacts and Vulnerability to Climate Change in Brazil and Strategies for Adaptation Options\"; (2) \"INCLINE - INterdisciplinary CLimate INvEstigation Center\" (NapMC/USP Núcleo de Apoio às Pesquisas em Mudanças Climáticas) and (3) \"Água Brasil\" Project, Banco do Brasil Foundation, WWF Brazil, ANA & FIPAI/EESC-USP. / A quantidade, a disponibilidade e, em particular, a qualidade da água doce está em degradação progressiva devido às mudanças ambientais no Antropoceno. Estratégias de adaptação baseadas em ecossistemas (EbA) são essenciais para reduzir estes impactos. Propõe-se um novo modelo de gerenciamento de recursos hídricos que integre a pegada hídrica cinza e processos ecohidrológicos para avaliação dos serviços hidrológicos em bacias hidrográficas sob mudanças. As etapas da pesquisa são: Capítulo 2 – análise dos projetos de pagamentos por serviços ambientais de proteção às bacias hidrográficas na Mata Atlântica brasileira e, no contexto de EbA, indicação de variáveis ecohidrológicas úteis na quantificação e futura valoração dos serviços hidrológicos; Capítulo 3 – desenvolvimento de plano de monitoramento ecohidrológico que integra aspectos qualitativos e quantitativos dos recursos hídricos para projetos de EbA; Capítulo 4 – provisão de dados experimentais de qualidade e quantidade da água, além de observações in-situ, para investigação das influências das mudanças de uso e ocupação do solo nas cabeceiras de mananciais, estratégicos para o abastecimento público e a conservação ambiental; Capítulo 5 – estimativas da pegada hídrica cinza para nitrato, fósforo total e sedimentos a partir do monitoramento de variáveis quali-quantitativas em bacias com diferentes condições de uso e ocupação de solo. Foi realizada a instalação de três Plataformas de Coleta de Dados, por meio de parceria entre EESC, ANA, CPRM, CEMADEN, SMA, TNC e WWF, visando aumentar a resiliência do sistema, decorrente de futuro aprimoramento da gestão, para a segurança hídrica. A metodologia incluiu coletas em seis diferentes períodos, durante dois anos, e análises das variáveis condutividade elétrica, cor, DQO, DBO5,20, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, fosfato, pH, turbidez, sólidos totais, coliformes termotolerantes, Escherichia coli, medidas de vazões e velocidades médias em seções transversais. O método foi aplicado em microbacias participantes dos projetos Produtor de Água/PCJ e Conservador das Águas, dentre outras, com áreas de drenagem entre 7 e 1.000 km2, que contribuem para a bacia do rio Piracicaba (12.530 km2). Dados primários, medidos em recente período de severa estiagem no Sistema Cantareira (2013-14), foram integrados aos bancos de dados de órgãos gestores federais e estaduais. A produção de água foi maior em sub-bacias menos florestadas. Foi possível aprimorar a regionalização de cargas poluidoras por área de drenagem na região do Cantareira. A pegada hídrica cinza (WF) foi estimada a partir de simulações no modelo ecohidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Curvas de permanência de vazões e carga poluidora por área de drenagem foram elaboradas. Supondo-se a continuidade dos projetos \"Produtor de Água/PCJ\" e \"Conservador das Águas\", foram investigados os impactos de cenário futuro de uso do solo. Finalmente, foi desenvolvido novo índice ecohidrológico para quantificação dos serviços hidrológicos e avaliação a sustentabilidade das sub-bacias, a partir da pegada hídrica cinza composta. Assim, usando ferramentas de vanguarda tecnológica (SWAT e WF), a tese fornece subsídios para uma melhor compreensão dos impactos antropogênicos sobre os recursos hídricos e novas estratégias de adaptação baseada em ecossistemas, frente às progressivas taxas de perda de serviços ambientais. Esta tese esteve vinculada a três projetos de pesquisa, dos quais obteve apoio financeiro: (1) Projeto Temático FAPESP 2008/58161-1 \"Assessment of Impacts and Vulnerability to Climate Change in Brazil & Strategies for Adaptation Options\"; (2) \"INCLINE - INterdisciplinary CLimate INvEstigation Center\" (NapMC/USP) e (3) Projeto \"Água Brasil\", Fundação Banco do Brasil, WWF Brasil, ANA e FIPAI/EESC-USP.

Water quantity, availability and, particularly, quality of Brazilian freshwater is under progessive degradation due to Anthropocene\'s environmental changing conditions. Strategies of Ecosystem-based Adaptation (EbA) are essential to mitigate these impacts. This Ph.D. thesis proposes a new model of water resources management, thereby integrating selfpurification and ecohydrologic processes to evaluate ecosystem services from watershed under change. In Chapter 2, this thesis examinates the payment for hydrologic cosystem services (Water-PES) in Brazilian Atlantic Forest and points ecohydrologic variables useful for assessing and further valuing hydrologic services. In Chapter 3, this thesis discusses proposals for freshwater monitoring plan which integrate quali-quantitative aspects for EbA and Water-PES projects. Therefore, in Chapter 4 experimental quali-quantative freshwater data from in-situ field observations are investigated according land-use/land-cover (LULC) in headwaters of water supply systems. In Chapter 5, through simulated impacts on freshwater yield from scenarios of LULC change, the grey water footprint (greyWF) is assessed, as well as environmental sustainability of sub-basins is depicted from a new ecohydrologic index for assessing hydrologic services. The methodology is performed using through field sampling and lab-analysing of physico-chemical, biologic and hydraulic variables in nested sub-basins draining to the Cantareira Water Supply System, in Sao Paulo and Minas Gerais states, Brazil. These areas participate in the Water-PES projects Water Producer/PCJ and Water Conservator at headwaters of Piracicaba watershed, during recent severe drought conditions between years 2013-15. The greyWF is estimated from outputs of time series simulated through ecohydrologic model Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Under assumption of continuity of Water-PES projects, and using the same series of hydrometorological records for a common period (2008-2014), freshwater quali-quantitative impacts are performed through three LULC scenarios: past situation \"S1\" (year 1990), current situation \"S2\" (year 2010) and future situation \"S2+EbA\" (year 2035). From these scenarios, flow and load duration curves, mean water yields, greyWF and seasonal variabilities, were simulated. Through this research, continuous-monitoring Data Collecting Stations were installed in public-private partnership encompassing EESC/USP, ANA, CPRM, CEMADEN, SMA, TNC, WWF and local mayors. This continuous monitoring is addressed to increase the system resilience, based on better decision-making for water security, in strategic headwaters not only for water supply, but also for environmental conservation. This doctoral thesis brings contributions to a better comprehension of anthropic impacts on water resources and for strategies of EbA in front of progressive rates of losses of ecosystem services. This PhD. thesis was part of three research initiatives which partly granted activities: (1) Thematic Project FAPESP 2008/58161-1 \"Assessment of Impacts and Vulnerability to Climate Change in Brazil and Strategies for Adaptation Options\"; (2) \"INCLINE - INterdisciplinary CLimate INvEstigation Center\" (NapMC/USP Núcleo de Apoio às Pesquisas em Mudanças Climáticas) and (3) \"Água Brasil\" Project, Banco do Brasil Foundation, WWF Brazil, ANA & FIPAI/EESC-USP. / A quantidade, a disponibilidade e, em particular, a qualidade da água doce está em degradação progressiva devido às mudanças ambientais no Antropoceno. Estratégias de adaptação baseadas em ecossistemas (EbA) são essenciais para reduzir estes impactos. Propõe-se um novo modelo de gerenciamento de recursos hídricos que integre a pegada hídrica cinza e processos ecohidrológicos para avaliação dos serviços hidrológicos em bacias hidrográficas sob mudanças. As etapas da pesquisa são: Capítulo 2 – análise dos projetos de pagamentos por serviços ambientais de proteção às bacias hidrográficas na Mata Atlântica brasileira e, no contexto de EbA, indicação de variáveis ecohidrológicas úteis na quantificação e futura valoração dos serviços hidrológicos; Capítulo 3 – desenvolvimento de plano de monitoramento ecohidrológico que integra aspectos qualitativos e quantitativos dos recursos hídricos para projetos de EbA; Capítulo 4 – provisão de dados experimentais de qualidade e quantidade da água, além de observações in-situ, para investigação das influências das mudanças de uso e ocupação do solo nas cabeceiras de mananciais, estratégicos para o abastecimento público e a conservação ambiental; Capítulo 5 – estimativas da pegada hídrica cinza para nitrato, fósforo total e sedimentos a partir do monitoramento de variáveis quali-quantitativas em bacias com diferentes condições de uso e ocupação de solo. Foi realizada a instalação de três Plataformas de Coleta de Dados, por meio de parceria entre EESC, ANA, CPRM, CEMADEN, SMA, TNC e WWF, visando aumentar a resiliência do sistema, decorrente de futuro aprimoramento da gestão, para a segurança hídrica. A metodologia incluiu coletas em seis diferentes períodos, durante dois anos, e análises das variáveis condutividade elétrica, cor, DQO, DBO5,20, nitrato, nitrito, nitrogênio amoniacal, fosfato, pH, turbidez, sólidos totais, coliformes termotolerantes, Escherichia coli, medidas de vazões e velocidades médias em seções transversais. O método foi aplicado em microbacias participantes dos projetos Produtor de Água/PCJ e Conservador das Águas, dentre outras, com áreas de drenagem entre 7 e 1.000 km2, que contribuem para a bacia do rio Piracicaba (12.530 km2). Dados primários, medidos em recente período de severa estiagem no Sistema Cantareira (2013-14), foram integrados aos bancos de dados de órgãos gestores federais e estaduais. A produção de água foi maior em sub-bacias menos florestadas. Foi possível aprimorar a regionalização de cargas poluidoras por área de drenagem na região do Cantareira. A pegada hídrica cinza (WF) foi estimada a partir de simulações no modelo ecohidrológico Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Curvas de permanência de vazões e carga poluidora por área de drenagem foram elaboradas. Supondo-se a continuidade dos projetos \"Produtor de Água/PCJ\" e \"Conservador das Águas\", foram investigados os impactos de cenário futuro de uso do solo. Finalmente, foi desenvolvido novo índice ecohidrológico para quantificação dos serviços hidrológicos e avaliação a sustentabilidade das sub-bacias, a partir da pegada hídrica cinza composta. Assim, usando ferramentas de vanguarda tecnológica (SWAT e WF), a tese fornece subsídios para uma melhor compreensão dos impactos antropogênicos sobre os recursos hídricos e novas estratégias de adaptação baseada em ecossistemas, frente às progressivas taxas de perda de serviços ambientais. Esta tese esteve vinculada a três projetos de pesquisa, dos quais obteve apoio financeiro: (1) Projeto Temático FAPESP 2008/58161-1 \"Assessment of Impacts and Vulnerability to Climate Change in Brazil & Strategies for Adaptation Options\"; (2) \"INCLINE - INterdisciplinary CLimate INvEstigation Center\" (NapMC/USP) e (3) Projeto \"Água Brasil\", Fundação Banco do Brasil, WWF Brasil, ANA e FIPAI/EESC-USP.