CÂMARA CURRICULAR DO CoPGr
FORMULÁRIO PARA APRESENTAÇÃO DE DISCIPLINAS
SIGLA DA DISCIPLINA: SHS-5934
NOME DA DISCIPLINA: APPLIED SOLUTIONS IN WATER SECURITY
Soluções Aplicadas em Segurança Hídrica
PROGRAMA/ÁREA: Engenharia Hidráulica e Saneamento
Nº DA ÁREA:18138
VALIDADE INICIAL (Ano/Semestre): 1/2017
Nº DE CRÉDITOS: 12
Aulas Teóricas: 4 Aulas Práticas 2: , Seminários e Outros: 2 Horas de Estudo: 4
DURAÇÃO EM SEMANAS: 15
DOCENTE(S) RESPONSÁVEL(EIS):
1. Eduardo Mario Mendiondo
X Docente USP, n.º 3665025
Docente externo. Data de obtenção do título: 2001 Instituição: UFRGS
CUSTOS REAIS DA DISCIPLINA: R$ 0,00
(Apresentar, se pertinente, orçamento previsto para o exercício, em folha anexa)
PROGRAMME
OBJECTIVES
Objetivos
Introduce concepts and applications of water security relating traditional and novel approaches in water engineering sciences
Introduzir conceitos e aplicações de segurança hídrica relacionando abordagens tradicionais e novas em ciências da engenharia de recursos hídricos
Evaluate viable strategies of water security adapting novel design and innovation solutions for a wide range of problems at local, regional, national and international levels
Avaliar estratégias viáveis de segurança hídrica que adotem um novo desenho e soluções inovadoras para uma ampla gama de problemas em níveis locais, regionais, nacionais e internacionais
Coach future water leaders through practical cases studies of water security, using past and running research and development projects, with international frameworks and standards.
Preparar futuros líderes em recursos hídricos através de estudo de caso concretos e práticos, usando pesquisas do passado e atuais e projetos de desenvolvimento com marcos internacionais e padronizados
JUSTIFICATION AND RATIONALE
Justificativas
Water security is an interdisciplinary and multi-dimensional concept, which assesses levels of hydrological risks considered tolerable for a society under change. Also, water security reaches a variety of multipurpose water resources and uses, both consumptive and nonconsumptive, which affect sustainability in general. However, this concept is rapidly evolving with recent emergence of human demands of climate-resilient mechanisms, sustainable development goals and social engagement to cope with disaster risks in the actural Anthropocene's moment.
A segurança hídrica é um conceito interdisciplinar e multidimensional, que avalia níveis de riscos hidrológicos considerados toleráveis para uma sociedade sob mudanças. Também, a segurança hídrica se direciona a uma variedade de recursos hídricos multi-propósitos e para diferentes usos, tanto consuntivos como não-consuntivos, os quais afetam a sustentabilidade em geral. Porém, este conceito evolui rapidamente com recentes demandas que emergem como mecanismos de resiliência climática, de objetivos de desenvolvimento sustentável e do engajamento social para lidar com riscos de desastres no atual Antropoceno.
Approximately 50% of Brazilian population and ca. 60% of world population will suffer with water insecurity until year 2020. More than two thirds of global wealth is under compromise with the security of the nexus water-food-energy. Thus, both integrated and applied approaches on water security are necessary to assist the new generation of water leaders and decision makers to wisely address innovative solutions in a wide range of possibilities of economic, social and environmental issues.
Aproximadamente 50% da população brasileira e cerca de 60% da população mundial já sofre com insegurança hídrica em 2020. Mais de dois terços da economia global estão comprometidos com a segurança do nexo água-alimento-energia. Assim, as abordages integradas e aplicadas sobre segurança hídrica são necessárias para assistir com a nova geração de líderes de recursos hídricos e de tomada de decisão para direcionar de forma correta soluções inovadoras a uma ampla gama e possibilidades em problemas econômicos, sociais e ambientais.
The selected syllabi and dynamics of classes of this new course were specially prepared to help with those challenges using: (1) updated references, books, reports and papers to assist classes and practical assignments, (2) an international network of leading institutions and specialists on water security to collaborate with lessons learned from regional and local scales, and (3) own experiences throughout 25 years of national and international participation in water resources enginering projects. Special focus of the Course will be addressed from the running National Science & Technlogy Institute (INCT) on Climate Change, Water Security Component (2016-2020), with support of CNPq and FAPESP.
Os conceitos e dinâmica seleciondos nas aulas desta disciplina foram especialmente preparadas para auxiliar os desafios usando: (1) referências atualizadas de publicações,, livros, relatórios para assistir as aulas e os trabalhos práticos; (2) uma rede internacional de instituições líderes e especialistas em segurança hídrica para colaborar com lições apreendidas em escalas regionais e locais; e (3) próprias experiêncas nos últimos 25 anos em projetos de engenharia de recursos hídricos nacionais e internacionais. Foco especial da Disciplina será direcionada a partir do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) para Mudança Climática, Subcomponente de Segurança Hídrica (2016-2020), com apoio do CNPq e da FAPESP.
CONTENTS and SYLLABI:
Ementa
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1. Conceptual perspectives of water security
1.1 Introduction
1.1.1 Security.
1.1.2 Risk.
1.1.3 Management.
1.1.4 Risk Management & ISO 31000
1.2 Water Security’s Linkages.
1.2.1 Ecosystem-based Adaptation.
1.2.2 Risk-based Analyses
1.2.3 Water Footprint Assessment.
1.2.4 Disaster Risk Reduction
1.2.5 Sustainable Development Goals
1.3 Graphical Charts for Decision Support Systems
1.4 Disgressions on Water Security
1.4.1 Critical analysis of emerging trends and definitions
1.4.2 Past, present and future of a controversial concept
1.4.3 Systemic risks and adaptive water governance and management
1.4.4 Water Security and Adaptive Water Management
1.5 Security through the Water-Food-Energy Nexus
1.6 Limitations
1.7 Examples
2. Thematic Perspectives of water security
2.1 Perspectives on climate change impacts and water security
2.2 Groundwater and security
2.3 Agricultural and economic development
2.4 Human security and access to water, sanitation, and hygiene
2.5 The ecology of water security
2.6 Water security and environmental water needs
2.6.1 Ecosystem services concept
2.6.2 Transformation of governance systems
2.7 Water Demand Models
2.8 Limitations
2.9 Examples
3. Water security under non-stationary demands
3.1 Definitions of water demand terms
3.2 Living with droughts and desertification growth
3.3 Water management principles for demand
3.4 Water demand at future times
3.5 Water demand models
3.5.1 Classical water demand models (CLAwdm)
3.5.2 Regionalized water demand forecasting models (REGwdm)
3.5.3 Optimization-based water demand prediction models (OPTwdm)
3.5.4 Permit-driven water demand forecasting models (PERwdm)
3.5.5 A comparative classification of water demand forecasting models
3.6 Identification and common gaps for water security
3.7 Price elasticity for water demand
3.8 Climate change and water demand forecast
3.9 Dialogue on water demand scenarios
3.9.1 Population
3.9.2 Gross domestic product
3.9.3 Irrigated areas
3.9.4 Reservoir construction
3.9.5 Recommendations for addressing gaps
3.9.5.1 Water demand under decentralization scenario
3.9.5.2 Water demand under globalization scenario
3.9.5.3 Resilient-driven hypotheses related to water demand
3.10 Limitations and examples
4. Water Security and Water Footprint Assessment
4.1 Goals and Scope of Water Footprint Assessment
4.2 Water Footprint Accounting
4.3 Water footprint within a geographically delineated área
4.4 National water footprint accounting
4.5 Water footprint accounting for catchments and river basins
4.6 Water Footprint Sustainability Assessment
4.7 Library of Water Footprint Response Options
4.8 Limitations and Challenges for Water Security
4.9 Environmental Flow Requirements
4.10 Limitations
4.11 Examples
5. Water Security and Insurance
5.1 Vulnerability, Impacts and Adaptation Strategies
5.2 Water Funds for Water Security.
5.2.1 Concepts and defintions.
5.2.2 World’s comparative examples
5.2.3 Payment for Ecosystem Services
5.3 Insurance modeling for Water Security
5.3.1 Introduction
5.3.2 Insurance Value. Economic Value. WTP and Premiums
5.3.3 Baumgarten-Strunz Model (BSM) with Risk-Resilience Diagrams
5.3.4 Hydrologic Risk Transfer Model (MTRH-SHS) with Optimization
5.3.5 Empirical Diagrams of WTP-Stock-Risk-Losses (WTP-S-R-L)
5.4 Regional and Local Perspectives of Water Security and Insurance
5.4.1 Floods
5.4.2 Droughts
5.4.3 Pollution
5.4.4 Freshwater biodiversity losses
5.5 Limitations
5.6 Examples
6. Water Security and Socio-Hydrological Approaches
6.1 Introduction
6.2 Socio-hydrological models for water security
6.3 Srinivasan-Sivapalan Dynamic Model (SSDM) of Water Security
6.4 Human-in-the-Loop models
6.4.1 Volunteer Geographic Information (VGI) for water security
6.4.2 Dashboards of Water Security
6.4.3 Citizen Observatory for Water Security
6.5 Communicating Water Security Program Effectiveness
6.6 Managing Water Risk with Assurance Report Cards
6.7 Limitations
6.8 Applied water security solutions in water-scarce regions
6.8.1 Spain.
6.8.2 China.
6.8.3 Southern Africa.
6.8.4 Southeast Asia.
6.8.5 Australia.
6.8.6 United States
6.8.7 Chile
6.8.8 Argentina
6.8.9 Brazil.
7. Practical Modules and Hand-On Exercises on Water Security
7.1 Global elicitation on water security with international specialists
7.2 Blue/green water-based accounting framework for assessment of water security
7.3 Freshwater security addressed by ecohydrology of urban areas
7.4 Water security based on quali-quantitative freshwater assessment
7.5 Assessing uncertainties for water security using empirical multimodel
7.6 Economic indicators of water security insurance under changing scenarios
7.7 Water security decision support systems for multi-hazards, -risks and –sectors
7.8 Water security and ecosystem-based adaptation using grey-water footprint
7.9 Water Security through participatory engagement and citizenship sensing
1. Perspectivas Conceituais de Segurança Hídrica
1.1 Introdução
1.1.1 Segurança
1.1.2 Risco
1.1.3 Gestão
1.1.4 Gestão de Risco e ISO 31000
1.2 Ligações com Segurança Hídrica
1.2.1 Adaptação baseada em Ecossistemas
1.2.2 Análises baseadas em Riscos
1.2.3 Avaliação da Pegada Hídrica
1.2.4 Redução de Riscos de Desastres
1.2.5 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
1.3 Gráficos para Sistemas de Suporte à Decisão
1.4 Discussões sobre Segurança Hídrica
1.4.1 Análise Crítica da Emergência de Tendências e Definições
1.4.2 Passado, Presente Futuro de um Conceito Controverso
1.4.3 Riscos Sistêmicos e Governança Hídrica
1.4.4 Segurança Hídrica e Gestão Adaptativa
1.5 Segurança através do Nexo Água-Alimento-Energia
1.6 Limitações
1.7 Exemplos
2. Perspectivas Temáticas para a Segurança Hídrica
2.1 Perspectivas dos Impactos de Mudanças Climáticas e Segurança Hídrica
2.2 Águas Subterrâneas e Segurança
2.3 Desenvolvimento Agrícola e Econômico.
2.4 Segurança Humana e Acesso ao Saneamento e Higiene
2.5 A Ecologia da Segurança Hídrica
2.6 Segurança Hídrica e Necessidades Ambientais.
2.6.1 Conceitos de Serviços Ecossistêmicos
2.6.2 Transformação de Sistemas de Governança
2.7 Modelos de Demanda Hídrica
2.8 Limitações
2.9 Exemplos
3. Segurança Hídrica sob Demandas Não-Estacionárias
3.1 Definições dos Termos de Demandas Hídricas
3.2 Convivendo com Secas e Desertificação Crescente
3.3 Princípios de Gestão Hídrica para Demandas
3.4 Demanda Hídrica Futura
3.5 Modelos de Demanda Hídrica
3.5.1 Modelos Clássicos de Demanda Hídrica (CLAwdm)
3.5.2 Modelos Regionalizados de Previsão de Demanda (REGwdm)
3.5.3 Modelos de Previsão baseados em Otimização (OPTwdm)
3.5.4 Modelos de Previsão de Alocação Negociada (PERwdm)
3.5.5 Classificação Comparada de Modelos de Previsão de Demanda
3.6 Identificação e Problemas em Demanda Hídrica
3.7 Elasticidade de Preços para Demanda Hídrica
3.8 Mudança Climática e Previsão de Demanda Hídrica
3.9 Diálogo sobre Cenários de Demanda Hídrica
3.9.1 População
3.9.2 Produto Bruto Interno
3.9.3 Áreas Irrigadas
3.9.4 Construção de Reservatórios
3.9.5 Recomendações para Resolver Problemas
3.9.5.1 Demanda Hídrica sob Cenários de Decentralização
3.9.5.2 Demanda Hídrica sob Cenário de Globalização
3.9.5.3 Hipóteses baseadas na Resiliência relacionadas à Demanda
3.10 Limitações e Exemplos
4. Segurança Hídrica e Avaliação de Pegada Hídrica
4.1 Metas e Perfil de Avaliação da Pegada Hídrica
4.2 Cômputo de Pegada Hídrica
4.3 Pegada Hídrica dentro de uma área geograficamente delimitada
4.4 Contas Nacionais de Consumo com Pegada Hídrica
4.5 Contabilidade de Pegada Hídrica para Bacias Hidrográficas
4.6 Sustentabilidade da Pegada Hídrica
4.7 Biblioteca de Opções para a Pegada Hídrica
4.8 Limitações e Desafios para a Segurança Hídrica
4.9 Vazões Ecológicas
4.10 Limitações
4.11 Exemplos
5. Segurança Hídrica e Seguros
5.1 Estratégias de Vulnerabilidade, Impacto e Adaptação.
5.2 Fundos de Águas para Segurança Hídrica
5.2.1 Conceitos e Definições.
5.2.2 Exemplos de Comparação Internacional.
5.2.3 Pagamento por Serviços Ambientais
5.3 Modelos de Seguros para Segurança Hídrica
5.3.1 Introdução
5.3.2 Valor Assegurado. Valor Econômico. Disponibilidade a Pagar. Prêmios
5.3.3 Model Baumgarten-Strunz Com Diagramas de Risco-Resiliência
5.3.4 Modelos de Transferência de Riscos Hidrológicos com Otimização
5.3.5 Diagramas de Disponibilidade a Pagar, Stock, Riscos, Perdas
5.4 Perspectivas Regionais e Locais para Segurança Hídrica e para Seguros
5.4.1 Inundações e Cheias
5.4.2 Secas
5.4.3 Poluição Hídrica
5.4.4 Perdas da Biodiversidade Fluvial
5.5 Limitações
5.6 Exemplos
6. Segurança Hídrica e Sócio-Hidrologia
6.1 Introdução
6.2 Modelos Sociohidrológicos para Segurança Hídrica
6.3 Modelo Dinâmico Srinivasan-Sivapalan-Konar de Segurança Hídrica
6.4 Modelos de Coevolução com Sociedade
6.4.1 Sistemas de Informação Geográfica com Voluntários
6.4.2 Formas de Comunicação e Monitoramento da Segurança Hídrica
6.4.3 Observatório Cidadão para Segurança Hídrica
6.5 Efetividade de Programas de Comunicação em Segurança Hídrica
6.6 Relatórios Corporativos para Gestão do Risco Hídrico
6.7 Limitações
6.8 Soluções de Segurança Hídrica em Regiões de Escassez Hídrica
6.8.1 Espanha.
6.8.2 China.
6.8.3 Sul da África
6.8.4 Sudeste da Ásia.
6.8.5 Austrália.
6.8.6 Estados Unidos
6.8.7 Chile
6.8.8 Argentina
6.8.9 Brasil
7. Módulos Práticos e Exercícios Aplicados em Segurança Hídrica
7.1 Elicitação Global sobre Segurança Hídrica com Especialistas Internacionais
7.2 Contabilidade de Pegada Hídrica Azul/Verde para Segurança Hídrica
7.3 Segurança de Água Doce baseada na Ecohidrologia de Áreas Urbanas
7.4 Segurança Hídrica baseada em Qualidade e Quantidade de Água Doce
7.5 Avaliação de Incertezas para Segurança Hídrica Usando Modelos Empíricos
7.6 Indicadores Econômicos da Seguros Hídricos para Cenários de Mudança
7.7 Sistemas de Suporte à Decisão para Multi-ameaças, Multi-riscos e Setores
7.8 Segurança Hídrica e Adaptação baseada em Ecossistemas usando Pegada Hídrica Cinza
7.9 Segurança Hidrica via Engajamento Participativo e Percepção Cidadã
REFERENCES
Referências
Benso, M. R.,et al (2023) Review article: Design and evaluation of weather index insurance for multi-hazard resilience and food insecurity, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 23, 1335–1354, https://doi.org/10.5194/nhess-23-1335-2023
Gomes Jr., M. G., et al (2022) Flood Risk Mitigation and Valve Control in Stormwater Systems: State-Space Modeling, Control Algorithms, and Case Studies, ASCE Journal of Water Resources Planning and Management 148(12), https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.000158
Kreibich, H, et al (2022) Unprecedented floods and droughts: challenges for risk management, Nature 608, https://doi.org/10.1038/s41586-022-04917-5
Kreibich, H., et al (2023) Panta Rhei benchmark dataset: socio-hydrological data of paired events of floods-droughts, Earth Sys.Sci. Data, https://doi.org/10.5194/essd-15-2009-2023
Guzmán, D A, Mohor, G S, Mendiondo, E M (2022) Multi-driver ensemble to evaluate the water utility business interruption cost induced by hydrological drought risk scenarios in Brazil, Urban Water J., https://doi.org/10.1080/1573062X.2022.2058564
Macedo, M B, et al, (2023) Modular Design of Bioretention Systems for Sustainable Stormwater Mgmt under Drivers of Urbanization & Climate Change, Sustainability, https://doi.org/10.3390/su14116799
Sarmento Buarque, A C et al (2020). Using historical source data to understand urban flood risk: a socio-hydrological modelling application at Gregório Creek, Brazil. Hydrological Sciences Journal, 65(7), 1075-1083, https://doi.org/10.1080/02626667.2020.1740705
Souza, F A, et al (2022) Droughts In São Paulo: Challenges And Lessons For A Water-Adaptive Society. Urban Water J., https://doi.org/10.1080/1573062X.2022.2047735
Taffarello, D et al (2020) Ecosystem service valuation method through grey water footprint in partially-monitored subtropical watersheds, Sci. Tot. Environ. 738(139408), https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139408
Assessment Criteria
Critérios de Avaliação
Final score is weighted through assisted assignments (33%), mentoring seminars (33%) and coached praxis (33%), thereby addressing all theoretical concepts and practical experiments in classroom.
Conceito Final é ponderado através de lista de exercícios (33%), seminários de mentoria (33%), e trabalhos práticos supervisionados(33%), direcionando conceitos teóricos e práticos na sala de aula
.
REMARKS
OBSERVAÇÔES
English is the oficial language of the course, with simultaneous translation available to Spanish and Portuguese. Throughout the Course, under the supervision of Professor(s) performing the planned assigments and praxis, the Student will maintain contacts with a list of selected international specialists on water security, as part of a global net of think-tanks, from the following institutions: Valmont Industries, Omaha, Nebraska, USA; Institute of Development Studies (IDS), Brighton, UK; Veolia Environment, France; The University of British Columbia, Vancouver, Canada; Environmental Governance section of the Copernicus Institute, Utrecht University, the Netherlands; Center for the Management of Agricultural and Environmental Risks (CEIGRAM), Technical University of Madrid, Spain; Global Water System Project (GWSP), International Project Office, Bonn, Germany; Peace Research and European Security Studies (AFES- PRESS), Mosbach, Germany; Australian Rivers Institute, Griffith University, Brisbane, Australia; School of Archaeology and Anthropology, College of Arts and Social; Sciences, Australian National University, Canberra, Australia; International Food Policy Research Institute, Washington DC, USA; University of Amsterdam, the Netherlands; Centre for Socio-Legal Studies, University of Oxford, UK; College of Arts and Sciences, University of the Philippines Los Banos, Laguna, the Philippines; Villanova University School of Law, Philadelphia, Pennsylvania, USA; Geodynamics Department, Faculty of Geological Sciences, Complutense University of Madrid, Spain; FutureWater, Wageningen, the Netherlands; Fenner School of Environment and Society, ANU College of Medicine; Biology and Environment, Canberra, Australia; Hebrew University of Jerusalem, Israel; McKinsey & Company, Inc., Vienna, Austria; Planning and International Development Studies, University of Amsterdam, the Netherlands; Department of Human Geography, University of Seville, Spain. The Hague Institute for Global Justice, The Hague, the Netherlands; Australian National University, Canberra, Australia Institute of Environmental Systems Research, University of Osnabrück,Germany; International Groundwater Resources Assessment Centre (IGRAC), Delft, the Netherlands; Stockholm International Water Institute, Stockholm, Sweden School of Nature Conservation, Beijing Forestry University, Beijing, China; University of Leeds, UK; Earth System Science–Climate Change and Adaptive Land and Water Management Group, Wageningen University and Research Centre, the Netherlands; Alliance for Global Water Adaptation, Corvallis, Oregon, USA Institute of Development Studies (IDS), Brighton, UK and Noragric; Norwegian University of Life Sciences, Aas, Norway
Inglês, Português e Espanhol são os idiomas usados na Disciplina, com tradução simultânea. Ao longo do ditado da Discplina, sob supervisão do Professor, o estudante fará contato com uma lista de especialistas selecionados internacionalmente sobre a temática de segurança hídrica, p.ex. das potenciais instituições: Valmont Industries, Omaha, Nebraska, USA; Institute of Development Studies (IDS), Brighton, UK; Veolia Environment, France; The University of British Columbia, Vancouver, Canada; Environmental Governance section of the Copernicus Institute, Utrecht University, the Netherlands; Center for the Management of Agricultural and Environmental Risks (CEIGRAM), Technical University of Madrid, Spain; Global Water System Project (GWSP), International Project Office, Bonn, Germany; Peace Research and European Security Studies (AFES- PRESS), Mosbach, Germany; Australian Rivers Institute, Griffith University, Brisbane, Australia; School of Archaeology and Anthropology, College of Arts and Social; Sciences, Australian National University, Canberra, Australia; International Food Policy Research Institute, Washington DC, USA; University of Amsterdam, the Netherlands; Centre for Socio-Legal Studies, University of Oxford, UK; College of Arts and Sciences, University of the Philippines Los Banos, Laguna, the Philippines; Villanova University School of Law, Philadelphia, Pennsylvania, USA; Geodynamics Department, Faculty of Geological Sciences, Complutense University of Madrid, Spain; FutureWater, Wageningen, the Netherlands; Fenner School of Environment and Society, ANU College of Medicine; Biology and Environment, Canberra, Australia; Hebrew University of Jerusalem, Israel; McKinsey & Company, Inc., Vienna, Austria; Planning and International Development Studies, University of Amsterdam, the Netherlands; Department of Human Geography, University of Seville, Spain. The Hague Institute for Global Justice, The Hague, the Netherlands; Australian National University, Canberra, Australia Institute of Environmental Systems Research, University of Osnabrück,Germany; International Groundwater Resources Assessment Centre (IGRAC), Delft, the Netherlands; Stockholm International Water Institute, Stockholm, Sweden School of Nature Conservation, Beijing Forestry University, Beijing, China; University of Leeds, UK; Earth System Science–Climate Change and Adaptive Land and Water Management Group, Wageningen University and Research Centre, the Netherlands; Alliance for Global Water Adaptation, Corvallis, Oregon, USA Institute of Development Studies (IDS), Brighton, UK and Noragric; Norwegian University of Life Sciences, Aas, Norway
- Docente: Eduardo Mario Mendiondo