Eficiência dos sistemas de captação de água de chuva frente às mudanças climáticas: estudo de caso para o semiárido brasileiro

The natural conditions of the Northeastern semiarid region, combined with population growth and anticipated climate changes, are factors that are likely to increase pressure on water infrastructure in the coming years in this region. One mitigating factor for this issue is the harvesting of rainw...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Soares, Wilker Fernandes
Outros Autores: Maia, Adelena Gonçalves
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Disponibilidade hídrica
Análise de incertezas
Modelos climáticos globais
Simulação de Monte Carlo
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57330
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Eficiência dos sistemas de captação de água de chuva frente às mudanças climáticas: estudo de caso para o semiárido brasileiro
description The natural conditions of the Northeastern semiarid region, combined with population growth and anticipated climate changes, are factors that are likely to increase pressure on water infrastructure in the coming years in this region. One mitigating factor for this issue is the harvesting of rainwater in households, a time-tested and still relevant solution to improve water access, especially in areas with low water availability. However, uncertainties in the region's climate patterns and the specificities in the design and demand of rainwater harvesting systems are aspects that need to be studied so that actions promoting water security can be effectively implemented. Thus, the aim of this study was to analyze the efficiency of rainwater harvesting systems in the face of climate changes in the Brazilian semiarid region. For this purpose, a case study was conducted applying the Monte Carlo Simulation method to perform various simulations of rainwater harvesting systems, considering different combinations of reservoir volume, water demand, catchment area, and rainfall patterns. These variables serve as inputs to the water balance model of the rainwater harvesting system, where the impact of these combinations on system efficiency was analyzed. The effect of climate change on rainfall was considered for two distinct periods: the recent climate (1979 – 2005) and the future climate (2023 – 2052) from three Global Climate Models (GCMs) under two climate change scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). In general, low volumetric reliabilities were achieved in all simulations, and the reference efficiency of 90% was attained in a small percentage of the analyzed situations. Nevertheless, the simulated recent climate, both with observed precipitation data and data from climate models, presents a more favorable condition in meeting demands than the future climate. Furthermore, meeting water demands through cisterns is likely to be more adversely affected in a more pessimistic radiative forcing scenario. Therefore, the results of this research underscore the need for the adoption of adaptation measures to climate change in the Brazilian semiarid region. Additionally, they emphasize the importance of considering the specificities of each household in the development of rainwater harvesting system projects, as these aspects are crucial to ensuring the proper efficiency of these systems in meeting their demands.
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One mitigating factor for this issue is the harvesting of rainwater in households, a time-tested and still relevant solution to improve water access, especially in areas with low water availability. However, uncertainties in the region's climate patterns and the specificities in the design and demand of rainwater harvesting systems are aspects that need to be studied so that actions promoting water security can be effectively implemented. Thus, the aim of this study was to analyze the efficiency of rainwater harvesting systems in the face of climate changes in the Brazilian semiarid region. For this purpose, a case study was conducted applying the Monte Carlo Simulation method to perform various simulations of rainwater harvesting systems, considering different combinations of reservoir volume, water demand, catchment area, and rainfall patterns. These variables serve as inputs to the water balance model of the rainwater harvesting system, where the impact of these combinations on system efficiency was analyzed. The effect of climate change on rainfall was considered for two distinct periods: the recent climate (1979 – 2005) and the future climate (2023 – 2052) from three Global Climate Models (GCMs) under two climate change scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5). In general, low volumetric reliabilities were achieved in all simulations, and the reference efficiency of 90% was attained in a small percentage of the analyzed situations. Nevertheless, the simulated recent climate, both with observed precipitation data and data from climate models, presents a more favorable condition in meeting demands than the future climate. Furthermore, meeting water demands through cisterns is likely to be more adversely affected in a more pessimistic radiative forcing scenario. Therefore, the results of this research underscore the need for the adoption of adaptation measures to climate change in the Brazilian semiarid region. Additionally, they emphasize the importance of considering the specificities of each household in the development of rainwater harvesting system projects, as these aspects are crucial to ensuring the proper efficiency of these systems in meeting their demands. As condições naturais do semiárido nordestino aliadas ao aumento da população e às mudanças climáticas previstas são fatores que tendem a ampliar a pressão sobre a infraestrutura hídrica nos próximos anos nessa região. Um atenuador dessa problemática abordada é o aproveitamento de água de chuva em residências, uma solução milenar e ainda atual para melhorar o acesso à água, principalmente em áreas com baixa disponibilidade hídrica. No entanto, as incertezas do regime climático da região e as particularidades no dimensionamento e demanda dos sistemas de aproveitamento de água da chuva são aspectos que precisam ser estudados para que ações que viabilizem a segurança hídrica possam ser implementadas de forma eficaz. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi analisar a eficiência dos sistemas de captação de água de chuva frente às mudanças climáticas no semiárido brasileiro. Para este objetivo foi realizado um estudo de caso onde foi aplicado o método da Simulação de Monte Carlo para realização de diversas simulações de sistemas de aproveitamento de água da chuva, considerando diferentes combinações de volume do reservatório, demanda de água, área de captação e regime pluvial. Estas variáveis são entrada do modelo de balanço hídrico do sistema de aproveitamento de água, onde foi analisado o impacto dessas combinações na eficiência do sistema. Foi considerando o efeito das mudanças climáticas na chuva considerando dois períodos distintos: o clima recente (1979 – 2005) e o clima futuro (2023 – 2052) de três Modelos Climáticos Globais (MCGs) em dois cenários de mudança climática (RCP 4.5 e RCP 8.5). De modo geral, baixas confiabilidades volumétricas foram atingidas em todas as simulações, a eficiência referência de 90% foi alcançada em um pequeno percentual das situações analisadas, ainda assim, o clima recente simulado, tanto com dados de precipitação observada quanto com dados oriundos de modelos climáticos, apresenta uma condição mais favorável no atendimento das demandas do que o clima futuro. Além disso, o atendimento às demandas de água pelas cisternas, tende a ser mais prejudicado para um cenário mais pessimista de forçamento radiativo. Portanto, os resultados obtidos nesta pesquisa destacam a necessidade da adoção de medidas de adaptação às mudanças climáticas no semiárido brasileiro, além disso, mostram a necessidade de considerar as particularidades de cada domicílio na elaboração de projetos de sistemas de aproveitamento de água de chuva, sendo estes aspectos primordiais para garantia de uma eficiência adequada destes sistemas no atendimento às suas demandas. 2024-01-19T20:30:21Z 2024-01-19T20:30:21Z 2023-08-28 masterThesis SOARES, Wilker Fernandes. Eficiência dos sistemas de captação de água de chuva frente às mudanças climáticas: estudo de caso para o semiárido brasileiro. Orientador: Dra. Adelena Gonçalves Maia. 2023. 78f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil e Ambiental) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57330 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

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