This article studies the legal regime of groundwater by analyzing the context of integrated water resources management and recognizing its definition and characteristics.Furthermore, it analyses the ownership of ground water, the planning regime applicable, the exploration and exploitation activities, their authorization certificates, the activity of supervision over them, and finally the article describes the special schemes for management and limitation recognized in Peruvian law. / En el presente artículo se estudia el régimen jurídico de las aguas subterráneas, analizando el marco de la gestión integrada de recursos hídricos y reconociendo su definición y particularidades.Asimismo, se analiza la titularidad de las aguas subterráneas, el régimen de planificación aplicable, las actividades de exploración y explotación, sus títulos habilitantes, la actividad de supervisión que sobre ellas recae, para finalmente, dejar anotados los regímenes especiales de gestión y limitación reconocidos en el ordenamiento jurídico peruano.

Variações climáticas podem resultar na entrada insuficiente de água no balanço hídrico de uma região, acarretando em inconsistências relacionadas à outorga de água superficial. O sistema de outorga de água superficial utiliza as vazões percentis (Q7,10, Q90, Q95) para definir a vazão máxima outorgável. No entanto, em períodos de estiagem tais vazões de referência podem não ser suficientes para atender a demanda outorgada, demandando a captação de águas subterrâneas para contrabalançar essa insuficiência hídrica do manancial superficial. Portanto, a outorga dos recursos hídricos deve ocorrer de forma integrada e sustentável, considerando a alteração da descarga do aquífero para o rio devido à captação subterrânea. O objetivo deste trabalho é estimar a disponibilidade hídrica integrada (superficial e subterrânea), por meio de um modelo empírico linear, proposto como função da média móvel da precipitação de períodos anteriores relacionados ao tempo de regulação do aquífero. Técnicas de correlação e espectrais foram empregadas na análise de séries temporais de precipitação (P) e vazão (Q) da bacia hidrográfica do Ribeirão da Onça, com o objetivo de determinar os tempos de resposta de Q em relação a P. A metodologia proposta foi verificada para precipitação e vazões observadas na bacia com área de 65 km2 no período de 2003 a 2014. Os resultados indicam que o aquífero armazena uma parcela de água precipitada e controla o fluxo para o rio, com tempos de regulação de aproximadamente 60 dias para o escoamento subsuperficial e de aproximadamente 2 anos para o escoamento de base. A metodologia também foi testada para duas sub-bacias hidrográficas do Rio Jacaré-Guaçu, com áreas de 1867 e 3519 km2. A adoção da metodologia proposta permite calcular uma vazão de referência sustentável, possibilitando prever a variação da vazão de base nos períodos de recessão, por estar definida em função de precipitações passadas. Portanto, tal vazão seria mais condizente com as observadas no meio ambiente, proporcionando um adequado funcionamento do ecossistema, garantindo assim a sua preservação. / Climatic variation may result in insufficient input of water in the water balance in a region, resulting in inconsistencies in the water rights permits. Brazilian water allocation system uses the flow duration curves (Q7,10, Q90, Q95) to establish the maximum allowable discharge. However, during droughts such reference discharges may not reach the water rights permits, requiring groundwater extraction to compensate this deficiency in surface water bodies. Hence, the water right permits must be integral, considering the base flow variation due to the groundwater extraction. The aim of this study is to determine the integrated water availability (surface and groundwater), using an empirical linear model, proposed as a function of the average rainfall of previous periods related to the aquifer regulation time. Correlation and spectral techniques were employed for time-series analysis of precipitation (P) and discharge (Q) in the Ribeirão da Onça watershed, to determine response times of Q as a function of P. The proposed methodology was developed for precipitation and discharge observed from 2003 to 2014 in a watershed with an area of 65 km2. The obtained results indicate that the aquifer stores the rainfall water with regulation times of approximately 60 days for the subsurface flow, ans approximately 2 years for the base flow. The methodology was also tested for two sub-basins of the Jacaré-Guaçú River watershed, with areas of 1867 and 3519 km2.The proposed methodology allows the estimation of a sustainable reference discharge making it possible to predict the base flow variation during recession periods, since it is defined as a function of past rainfall. Therefore, this discharge is more consistent with the values observed in the environment, allowing a proper functioning of the ecosystem, thereby ensuring their preservation.

Philosophiae Doctor - PhD / In this thesis I examine and explore whether and if Integrated Water Resources Management (IWRM) inspired water reforms respond to- and address the diverse realities of women and men in informal (and formal) rural economies of Sekororo, South Africa and Ward 17 in Gwanda, Zimbabwe which are both in the Limpopo basin. South Africa and Zimbabwe, like other southern African countries, embarked on IWRM inspired water reforms, culminating in the promulgation of the National Water Acts in 1998, four years after the attainment of South Africa's democracy in 1994 and 18 years after Zimbabwe attained independence in 1980. I argue that the adoption of IWRM, which emphasises second generation water issues such as demand management, water quality, environmental flow requirements etc, and not the development of water infrastructure, begs the question whether such reforms can make a meaningful contribution to the development agenda in countries where, during apartheid and colonialism, the water rights (among other rights) of millions of blacks were compromised because of unjust legislation and skewed underinvestment in water infrastructure. / South Africa

L’eau souterraine représente 98% de la ressource en eau douce liquide sur Terre. Vitale, avantageuse par ses propriétés spéciales mais, souvent, particulièrement vulnérable à long terme, face aux dégradations continues générées par l’ère anthropocène, elle devrait faire l’objet d’une réglementation exprimant toute la signification du « niveau élevé de protection de l’environnement » requis en droit primaire de l’Union européenne. C’est pourquoi la gestion intégrée des ressources en eau (GIRE) pratiquée par l’UE devrait tendre, pour cette eau, vers un degré supérieur de préservation d’un milieu hypogé singulièrement fragile, via une distinction plus marquée entre les notions de «gestion» et de «protection» intégrées, selon l’intensité de la préservation qu’elles emporteraient. A travers cette évolution de la gestion vers la protection intégrée, que l’on érigerait en mode d’intervention à part entière, le droit de l’UE définirait une nouvelle balance entre intérêts économiques et nécessités environnementales. Un tel renforcement du droit dérivé pertinent passerait avant tout par une conception rénovée des eaux souterraines, affranchie d’une conception trop sommaire, dans la directive-cadre sur l’eau et la directive 2006/118/CE, pour en appréhender toute la richesse. Ce, sous peine de ne les protéger que partiellement. Sans préjudice de l’unité du droit de l’eau, des aménagements spécifiques devraient ainsi être prévus pour les eaux souterraines, dont les dynamiques peuvent grandement différer, dans le temps et l’espace, de la surface. Les eaux souterraines ne pouvant être séparées de leur réceptacle (sol et sous-sol), leur protection intégrée requerrait en outre de transcender les limites de la politique de l’eau, et d’aller au-delà de l’intégration telle qu’on la connaissait dans le cadre de la GIRE. Cette dernière, en effet, n’efface pas toutes les contradictions entre politiques sectorielles. Aussi faudrait-il poursuivre la mise en cohérence desdites politiques concernées (environnementale, agricole, industrielle, énergétique…), dont la convergence devrait être accrue dans le sens d’une protection globale du milieu souterrain – une protection affermie pour laquelle pourraient se mobiliser l’ensemble des acteurs intéressés, s’ils étaient orientés vers cet objectif par des dispositifs plus appropriés. / Because groundwater, which represents 98% of the liquid freshwater on Earth, is vital, of particular benefit due to its special properties, but, often, especially vulnerable, in the long term, to the unceasing degra-dation caused by the anthropogenic era, it should be the subject of a regulation that would express the whole meaning of the “high level of protection of the environment” required in the European Union primary law. The integrated management of water resources management (IWRM) implemented by the EU should therefore, for this water, strive for a higher stage of preservation of a singularly fragile underground environment, through a sharper distinction between the concepts of integrated “management” and “protection”, according to the intensity of preservation they would respectively imply. Via such an evolution from integrated management to protection, the latter becoming an autonomous framework of action, the EU law would adopt a different position on the balance between economic interests and ecological necessities. This strengthening of the relevant secondary law must rest on, first and foremost, a new apprehension of groundwater, in the water framework directive and the directive 2006/118/EC, beyond a conception too perfunctory to comprehend the richness of it, otherwise it won’t be fully protected. So, without prejudice to the unity of water law, specific adjustments should be provided for, concerning ground waters, insofar as their dynamics may significantly differ, in time and space, from those of surface water. Since ground waters can’t be separated from its receptacle (soil and subsoil), its integrated protection would demand in addition to transcend the borders of the sectoral water policy and to go beyond the integration as we know it in the current IWRM, which doesn’t erase contradictions between sectoral policies. Thus has to be carried on the improvement of the coherence between relevant politics (environment, agriculture, industry, energy…), in order to build a complete protection of the underground environment. A new framework where would be mobilized all involved actors, converging towards this purpose thanks to more appropriate mechanisms.

Facing the urgency of taking actions to guarantee the water supply to Brazil's Capital, the project called IWAS/ÁguaDF aims to provide scientific knowledge for the development of an Integrated Water Resources Management (IWRM) concept. The project is organized in multiple working groups wherein climate is considered as one of the main drivers. The water supply system of Distrito Federal (DF) is mainly dependent on three major complexes: river basins, waste water and drinking water. Anthropogenic climate change has the potential to affect these water complexes in a number of ways such as by losing storage capacity due to erosion and sedimentation, through altered persistency of dry events and due to increasing water demand. As a contribution to the IWAS/ÁguaDF project, this study focuses on the development of climate change projections for hydrological impact assessments at local/regional scale. The development of proper climate information is a challenging task. The level of complexity corresponds directly to the issues that concern impact modellers as well as technical aspects such as available observational data, human and computational resources. The identification of the needs for water-related issues gives the foundation for deriving proper climate projections. Before making projections, it is necessary to assess the current climate conditions, or baseline climate. Despite a better understanding of the regional aspects of the climate and the ongoing changes, the baseline climate provides the foundation for calibrating and validating climate models and downscaling methods. The General Circulation Models (GCMs) are the most preferred tools in simulating the response of the climate system to anthropogenic activities, like increasing greenhouse gases and aerosol emissions. However, the climate information required for regional impact studies, such as water resources management in DF, is of a spatial scale much finer than that provided by GCMs and therefore often demands a downscaling procedure. Hydrological models are usually sensitive to the temporal variability of precipitation at scales that are not well represented by GCMs. Statistical downscaling methods have the potential to bridge the mismatch between GCMs and impact models by adding local variability that is consistent with both the large-scale signal and local observations. The tool used (i.e., Statistical DownScaling Model - SDSM) is described as a hybrid of regression-based and stochastic weather generator. The systematic calibration adopted provides the appropriated predictors and model parameterization. The validation procedure takes into account the metrics relevant to the requirements of hydrological studies. Moreover, the downscaling approach considers several climate models (i.e., 18 GCMs) and emission scenarios (i.e., SRES A1B, A2, B1) in order to sample the widest sources of uncertainties available. In spite of the elevated level of uncertainties in the magnitude of change, most of the downscaled projections agree with positive changes in temperature and precipitation for the period of 2046-2065 when compared to the reference period (i.e., 1980-1999). Large ensembles are preferable but are often associated with massive amount of data which have limited application in hydrological impact studies. An alternative is to identify subsets of projections that are most likely and projections that have lower likelihood but higher impact. A set of representative climate projections is suggested for hydrological impact assessments. Although high resolution information is preferable, it relies on limited assumptions inherent to observations and coarse-resolution projections and, therefore, its use alone is not recommended. The combination of the baseline climate with large- and local-scale projections achieved in this study provides a wide envelope of climate information for assessing the sensitivity of hydrological systems in DF. A better understanding of the vulnerability of hydrological systems through the application of multiple sources of climate information and appropriate sampling of known uncertainties is perhaps the best way to contribute to the development of robust adaptation strategies. / Starkes Bevölkerungswachstum sowie Landnutzungs- und Klimawandel gefährden die Wasserversorgung der Metropolregion Brasília. Vor diesem Hintergrund soll das Projekt IWAS/ÁguaDF die wissenschaftlichen Grundlagen für ein Integriertes Wasserressourcen-Management (IWRM) im Distrito Federal (DF) erarbeiten. Das Projekt gliedert sich in drei klimasensitive Bereiche: Einzugsgebietsmanagement, Abwasseraufbereitung und Trinkwasserversorgung. Klimaänderungen können die Wasserversorgung im DF vielfältig beeinflussen, durch Veränderung der speicherbaren Wassermenge (Wasserdargebot, Speicherkapazität von Talsperren durch Sedimentation), der Dauer von Dürreperioden und des Wasserbedarfs (z.B. für Bewässerung). Klimaprojektionen für regionale hydrologische Impaktstudien stellen jedoch eine große Heraus-forderung dar. Ihre Komplexität richtet sich nach dem Bedarf des Impaktmodellierers und hängt zudem von technischen Voraussetzungen ab, wie der Verfügbarkeit von Beobachtungsdaten sowie von Personal- und Rechenressourcen. Die Ableitung geeigneter Maßnahmen für ein nachhaltiges Wasserressourcenmanagement im DF stellt hohe Ansprüche an die Qualität der zu entwickelnden Klimaprojektionen. Noch vor der Projektion müssen die gegenwärtigen klimatischen Bedingungen (Referenzklima) analysiert und bewertet werden. Die Analyse des Referenzklimas ermöglicht ein besseres Verständnis regionaler Unterschiede und aktueller Tendenzen und bildet die Grundlage für die Kalibrierung und Validierung von Klimamodellen und Downscaling-Methoden. Globale Klimamodelle (GCM) simulieren die Reaktion des Klimasystems auf anthropogene Treibhausgas- und Aerosolemissionen. Ihre räumliche Auflösung ist jedoch meist zu grob für regionale Klimaimpaktstudien. Zudem reagieren hydrologische Modelle meist sehr sensitiv auf zeitlich variable Niederschläge, welche in hoher zeitlicher Auflösung (Tagesschritte) ebenfalls nur unzureichend in GCM abgebildet werden. Statistische Downscaling-Verfahren können diese Inkohärenz zwischen GCM und Impaktmodellen reduzieren, indem sie das projizierte Klimasignal um lokale Variabilität (konsistent gegenüber den Beobachtungen) erweitern. Das in der vorliegenden Arbeit verwendete Tool, Statistical DownScaling Model - SDSM, vereint regressionsbasierte und stochastische Methoden der Wettergenerierung. Geeignete Prädiktoren und Modelparameter wurden durch systematische Kalibrierung bestimmt und anschließend validiert, wobei unter anderem auch hydrologisch relevante Gütekriterien verwendet wurden. Der gewählte Downscaling-Ansatz berücksichtigt zudem eine Vielzahl verschiedener Globalmodelle (18 GCM) und Emissionsszenarien (SRES A1B, A2 und B1) um die mit Klimaprojektionen verbundene hohe Unsicherheit möglichst breit abzudecken. Die Mehrheit der regionalen Projektionen weist auf eine Zunahme von Temperatur und Niederschlag hin (Zeitraum 2046 bis 2065 gegenüber Referenz-zeitraum, 1980 bis 1999), wenngleich die Stärke des Änderungssignals stark über das Ensemble variiert. Große Modellensemble sind zwar von Vorteil, sie sind jedoch auch mit einer erheblichen Datenmenge verbunden, welche für hydrologische Impaktstudien nur begrenzt nutzbar ist. Alternativ können einzelne „wahrscheinliche“ Projektionen verwendet werden sowie Projektionen, die weniger wahrscheinlich, aber mit einem starken Impakt verbunden sind. Ein solcher Satz repräsentativer Klimaprojektionen wurde für weitergehende Impaktstudien ausgewählt. Auch wenn in der Regel hochaufgelöste Klimaprojektionen angestrebt werden, ihr alleiniger Einsatz in Impaktstudien ist nicht zu empfehlen, aufgrund der vereinfachten Annahmen über die statistische Beziehung zwischen Beobachtungsdaten und den Modellergebnissen grob aufgelöster Globalmodelle. Der Vergleich des Referenzklimas mit großräumigen und lokalen Projektionen, wie er in dieser Arbeit durchgeführt wurde, liefert ein breites Spektrum an Klimainformationen zur Bewertung der Vulnerabilität hydrologischer Systeme im DF. Die Einbeziehung einer Vielzahl vorhandener Klimamodelle und die gezielte, den ermittelten Unsicherheitsbereich vollständig abdeckende Auswahl an Projektionen sollte die Entwicklung robuster Anpassungsstrategien bestmöglich unterstützen. / Diante do desafio de garantir o abastecimento de água potável da capital federal do Brasil, o projeto denominado IWAS/ÁguaDF tem como objetivo prover conhecimento científico para o desenvolvimento de um conceito de Gestão Integrada dos Recursos Hídricos (PGIRH). Afim de atingir esta proposta, o projeto é organizado em multiplos grupos de trabalho entre os quais o clima é considerado um dos principais fatores de influência. O sistema de abastecimento de água do Distrito Federal (DF) depende praticamente de três complexos: bacias hidrográficas, águas residuais e água potável. Mudanças climáticas causadas por ações antropogênicas apresentam um enorme potencial de impacto a estes complexos, por exemplo através de alterações no regime de chuvas, perda de volume dos reservatórios por assoriamento e aumento na demanda de água. Como contribuição ao projeto IWAS/ÁguaDF, este estudo tem como foco o desenvolvimento de projeções de mudanças climáticas para estudo de impacto nos recursos hídricos na escala local/regional. O nível de complexidade corresponde diretamente às questões levantadas pelos modeladores de impacto, bem como aspecto técnicos como a disponibilidade de dados observados e recursos humanos e computacionais. A identificação das necessidades de questões relacionadas à água no DF dão a base para derivar projeções climáticas adequadas. Antes de qualquer projeção futura, é indispensável avaliar as condições atuais do clima, também chamado de linha de base do clima. Além de fornecer a compreenção dos aspectos regionais do clima e mudaças em curso, a linha de base provê dados para a calibração e validação de modelos globais de clima e técnicas de regionalização (downscaling). Os Modelos de Circulação Geral (GCM) são as ferramentas mais adotadas na simulação da resposta do sistema climático às atividades antropogênicas, tais como aumento de emissões de gases do efeito estufa e aerosóis. No entanto, a informação necessária para estudos regionais de impacto, tais como gestão de recursos hídricos, é de escala espacial mais refinada do que a resolução espacial fornecida pelos GCMs e, dessa forma, técnicas de regionalização são frequentemente demandadas. Modelos hidrológicos são geralmente sensitivos à variabilidade temporal de precipitação em escalas não representadas pelos modelos globais. Métodos estatísticos de ‘downscaling’ apresentam um potencial para auxiliar no descompasso entre GCMs e modelos de impacto através da adição de variabilidade local consistente com o sinal de larga escala e as observações locais. A ferramenta utilizada (Statistical DownScaling Model - SDSM) é descrita como um híbrido entre regressão linear e gerador de tempo estocástico. A calibração sistemática adotada fornece apropriados preditores e uma parameterização consistente. O procedimento de validação do modelo leva em conta as métricas relevantes aos requerimentos dos estudos hidrológicos. Ainda, a abordagem aqui utilizada considera diversos modelos globais (isto é, 18 GCMs) e cenários de emissões (isto é, SRES A1B, A2 e B1) afim de contemplar as mais abrangentes fontes de incertezas disponíveis. Embora o elevado nível de incertezas na magnitude das mudançãs de clima, a grande maioria das projeções regionalizadas concordam com o aumento de temperatura e precipiatação para o período de 2046-2065 quando comparado com o período de referência (isto é, 1980-1999). Grandes conjuntos de projeções são preferíveis, mas são frequentement associados com uma quantidade exorbitante de dados os quais são de aplicação limiatada nos estudos de impacto. Uma alternativa é identificar sub-conjuntos de projeções que são as mais prováveis e projeções que são menos prováveis, porém apresentam maior impacto. Embora altas resoluções são preferíveis, estas baseiam-se em hipóteses inerentes às observações e projeções de larga escala e, dessa forma, não é recomendável o seu uso sozinho. A combinação do clima de base com projeções de resoluções baixas e altas fornece um amplo envelope de imformações climáticas para avaliar a sensitividade dos sistemas hidrológicos no DF. Um compreendimento mais apurado da vunerabilidade dos sistemas hidrológicos através da aplicação de multiplas fontes de informação e apropriada abordagem das incertezas conhecidas é talvez a melhor maneira para contribuir para o desenvolvimento de estratégias robustas de adaptação.

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.

Irrigated agriculture accounts for 90 percent of consumptive use of freshwater in the western US and is considered the largest contributor to nonpoint source water pollution. The diffuse nature of most water quality and quantity challenges necessitates institutions that can more effectively engage agricultural producers in strategic, integrated, watershed-scale approaches to water management such as those associated with Integrated Water Resource Management (IWRM). With approximately 9,400 professionals working in nearly every one of the nation's 3,071 counties and an emphasis on voluntary, incentives-based approaches to conservation, the Natural Resources Conservation Service (NRCS) is well poised to influence land and water management on private working lands. NRCS conservation programs, however, have been criticized as "random acts of conservation" that lack a strategic vision for addressing natural resource challenges at-scale. Using NRCS's new Agricultural Water Enhancement Program (AWEP) as a case study, this paper seeks to examine the factors that enable or inhibit NRCS from promoting an integrated approach to water management consistent with IWRM principles. Following the Institutional Analysis and Development (IAD) framework this paper traces the development of AWEP and examines how the rules established at the national level impact implementation at the national, state and local levels. The paper then evaluates AWEP based on a set of six IWRM design principles to determine (a) the extent to which AWEP represents an IWRM approach, and (b) the institutional factors that facilitate or inhibit NRCS from taking a more integrated approach to water management. I found that institutional factors vary greatly between levels of analysis depending on the specific context, but did identify several consistent enablers and barriers. The three most significant factors that facilitate an IWRM approach are: (1) AWEP's focus on priority resource concerns within a defined hydrographic area; (2) AWEP's emphasis on pursuing a partnership-based approach; and (3) increased local involvement in defining projects. The three most significant factors that inhibit an IWRM approach are: (1) a lack of clarity concerning partner roles and responsibilities and constraints on partner involvement; (2) limited flexibility of existing program rules; and (3) limited local capacity to engage with landowners and implement projects. The paper offers institutional recommendations for facilitating an IWRM approach within NRCS, and concludes with a consideration of the utility of IWRM design principles and the IAD framework for analyzing water management institutions. / Graduation date: 2012

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Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-19T20:41:53Z No. of bitstreams: 1 MARCO TULIO DO NASCIMENTO REGO FILHO - DISSERTAÇÃO PPGECA 2014..pdf: 1792077 bytes, checksum: 78b90074ea31484e0734978e3de714be (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-19T20:41:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARCO TULIO DO NASCIMENTO REGO FILHO - DISSERTAÇÃO PPGECA 2014..pdf: 1792077 bytes, checksum: 78b90074ea31484e0734978e3de714be (MD5) Previous issue date: 2014-02 / Capes / A Política Nacional de Recursos Hídricos, Lei n° 9.433/97, e o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro, Lei n° 7.661/88 e Decreto Federal n° 5.300/04, estabelecem entre suas diretrizes a necessidade de integração da gestão de recursos hídricos com o gerenciamento costeiro. Diante disso, o Conselho Nacional de Recursos Hídricos criou a Câmara Técnica de Integração da Gestão de Bacias Hidrográficas e dos Sistemas Estuarinos e Zona Costeira, que objetiva analisar e propor mecanismos de integração das mencionadas políticas, visando a minimização ou solução de conflitos de uso de recursos hídricos em ambiente costeiro. A inerente complexidade da interação entre as bacias hidrográficas e zonas costeiras e os múltiplos usos da água a montante da zona costeira da bacia, que reduzem a afluência e, consequentemente, a disponibilidade de água doce na região costeira, além de poderem provocar alterações no leito dos rios na faixa costeira devido a deposição de sedimentos bem como alterações na flora e fauna dessas regiões, tornam prementes estudos que contemplem estas interações. Como estudo de caso, foi escolhida a Região do Baixo Curso da bacia hidrográfica do rio Paraíba, em função de conflitos relacionados aos múltiplos usos da água, bem como alterações no leito do rio. Objetiva-se compor um diagnóstico situacional que subsidie ações para minimizar ou solucionar os conflitos existentes, face a aplicação integrada dos vários instrumentos de gestão. Com uma abordagem qualitativa baseada no método dedutivo, utilizando-se da pesquisa bibliográfico-documental como base exploratória, faz-se uma análise das interfaces legais e institucionais, destacando as articulações operacionais possíveis entre os instrumentos de planejamento e gestão. A análise de compatibilidade, entre os instrumentos de gestão da PNRH e do PNGC, demonstra que a articulação é possível. Recomenda-se ao setor competente do estado da Paraíba, a elaboração do Plano de Gestão da Zona Costeira e o Zoneamento Ecológico-Econômico Costeiro, articulados com o Plano Estadual de Recursos Hídricos e o Plano da Bacia Hidrográfica do rio Paraíba. A partir deste, o Comitê da Bacia e a Comissão de Gerenciamento Costeiro deverão articular ações, visando a conservação e a resolução de conflitos derivados dos múltiplos usos da água. Conclui-se que o processo de integração entre a gestão de recursos hídricos e o gerenciamento da zona costeira envolve a descentralização do poder de gestão, a participação da sociedade civil e usuários, e a harmonização e inter-relação dos instrumentos da gestão de recursos hídricos com o do gerenciamento costeiro, bem como depende de uma coordenação entre os níveis federal, estadual e municipal, e que cada qual tem interesse e formas de contribuir para essa integração. / The National Water Resources Policy, Law 9.433/97, the National Coastal Management Plan, Law 7.661/88 and Federal Decree 5.300/04, establish, among their guidelines, the need for integration of water management with coastal management. Thus, the National Water Resources Council established the Technical Chamber of Integration of the Watershed Management and Estuarine and Coastal Zone Systems, which aims to analyze and propose mechanisms for the integration of the above policies, aimed at minimizing or solving conflicts of water resources use in the coastal environment. The inherent complexity of the interaction between watersheds and coastal areas and the multiple uses of water from upstream of the coastal zone of the basin, which reduce the rivers flow and, consequently, the availability of fresh water in the coastal region, may cause changes in the rivers bed of the coastal zone due to sediment deposition as well as changes in the flora and fauna of these regions demand continuous studies that address these interactions. As a case study, it was chosen the region of the lower course of the Paraiba river basin in reason of the water conflicts from the multiple uses of water as well as changes in the river bed. The objective is to compose a situational diagnosis to subsidize actions to minimize or solve the existent conflicts, given the application of different management and integrated tools. With a qualitative approach based on deductive method, utilizing the bibliographic and documentary research as an exploratory basis, an analysis of the legal and institutional interfaces is made, highlighting the possible operational links between the instruments of planning and management. The analysis of compatibility between management tools of the PNRH and PNGC, demonstrates that the linking between them is possible. It is recommended to the competent sector of the Paraíba state to provide the preparation of a Management Plan Coastal Zone and Coastal Ecological - Economic Zoning, articulated with the State Water Resources Plan and Plan Basin of the Paraíba River. From this, the committee of the Paraíba river basin and Coastal Management Commission shall coordinate actions in order to preserve the environment and provide the solution of conflicts arising from the multiple uses of water. It is concluded that process of integration between water management and coastal zone management involves the decentralization of power management, the participation of civil society and users, and the harmonization and inter-relationship of the components of water resources management with the coastal management and depends on coordination between federal, state and municipal levels, and each one has its own particular interests and ways to contribute to this integration.