Improving the Urban Water Use (UWU) decision support tool to navigate the complexity of urban water systems

Abstract

Resumo: O uso e o gerenciamento sustentável da água em seu ciclo urbano são demandas urgentes em áreas urbanas. Alcançar a sustentabilidade requer uma mudança de paradigma para uma abordagem integrada, como a Gestão Integrada de Águas Urbanas (Integrated Urban Water Management – IUWM). A complexidade dos sistemas de água urbanos é multifacetada, englobando dimensões técnicas, sociais e ambientais da sustentabilidade. Essas dimensões estão intrinsecamente ligadas aos níveis de integração dos sistemas de água urbanos, aos aspectos holísticos do planejamento estratégico, incluindo definição de visão, desenvolvimento de estratégias de intervenção e escopo de cenários. Abordar a complexidade do ciclo da água urbana levanta a questão de pesquisa: Como uma abordagem integrada dos sistemas de água urbanos pode influenciar as estratégias e medidas de intervenção no processo de planejamento estratégico em relação à conservação da água e à salubridade ambiental? A hipótese postula que empregar uma abordagem integrada e pensamento sistêmico pode aumentar a compreensão da complexidade do ciclo da água urbana e dos processos de planejamento estratégico. Isso, consequentemente, pode aumentar a efetividade das intervenções propostas nos sistemas de água urbanos. O objetivo geral desta pesquisa é aprimorar a ferramenta de apoio à decisão do Urban Water Use (UWU), permitindo que ela avalie de forma mais eficaz a complexidade dos sistemas de água urbanos por meio de uma análise abrangente, incorporando uma abordagem integrada e o pensamento sistêmico. Esse objetivo foi alcançado avaliando as dimensões técnicas, sociais e ambientais de sustentabilidade associadas a diferentes níveis de integração (Integração Limitada, Integração Parcial e Integração Ampla). A investigação buscou entender as interdependências entre os sistemas, identificar potenciais sinergias e reconhecer trade-offs causados por estratégias e medidas de intervenção. O envolvimento dos stakeholders desempenhou um papel fundamental na avaliação da complexidade em níveis de visão holística, fornecendo insights sobre como as perspectivas influenciam a eficácia das intervenções propostas durante o planejamento estratégico. Além disso, a pesquisa considerou a complexidade em cenários bifatoriais envolvendo dois fatores externos simultâneos – Taxa de Crescimento Populacional e Precipitação Anual Média. Indicadores de sustentabilidade, incluindo Cobertura do Sistema de Abastecimento de Água, Cobertura do Sistema de Esgotamento Sanitário e Concentrações de Poluentes no rio urbano, guiaram a avaliação. Este estudo destaca a importância de uma abordagem integrada, adaptativa e centrada nos stakeholders no planejamento de sistemas de águas urbanas. A ferramenta UWU se mostra valiosa para simplificar a implementação do planejamento estratégico, auxiliando na definição de medidas que visam a universalização dos serviços de saneamento. Embora a hipótese seja confirmada neste estudo de caso, é crucial enfatizar que o aumento observado na eficácia é específico para esse contexto. Outras medidas ou combinações, impulsionadas por diferentes fatores, podem apresentar trade-offs que dificultem a eficácia no alcance das metas estipuladas para os indicadores de sustentabilidade. Neste estudo de caso específico, o grupo de medidas G4, que inclui estratégias para diminuir o consumo efetivo de água, reduzir perdas de água na rede de abastecimento, usar água da chuva em residências, empregar wetlands construídos para tratar o escoamento superficial e dobrar a capacidade de tratamento de esgoto, alcançou o maior Índice de Efetividade.

Abstract: The sustainable use and management of water within the urban cycle are urgent demands in urban areas. Achieving sustainability requires a paradigm shift towards an integrated approach, such as the Integrated Urban Water Management (IUWM). The complexity of urban water systems is multifaceted, encompassing technical, social, and environmental dimensions of sustainability. These dimensions are intricately tied to the levels of integration in urban water systems, the holistic aspects of strategic planning, including vision definition, intervention strategy development, and scenario scope. Addressing the intricate complexity of the urban water cycle prompts the research question: How can an integrated approach to urban water systems influence the intervention strategies and measures in the strategic planning process regarding water conservation and environmental health? The hypothesis posits that employing an integrated approach and systemic thinking can enhance comprehension of the complexity of the urban water cycle and strategic planning processes. This, in turn, is expected to elevate the effectiveness of proposed interventions within urban water systems. The main goal of this research is to enhance the Urban Water Use (UWU) decision support tool, enabling it to more effectively assess the complexity of urban water systems through a comprehensive evaluation that utilizes an integrated approach and systemic thinking. This goal was achieved by assessing technical, social, and environmental dimensions of sustainability associated with different levels of integration (Limited Integration, Partial Integration, and Broad Integration). The investigation sought to understand the interdependencies between systems, identify potential synergies, and recognize trade-offs caused by intervention strategies and measures. Stakeholder involvement played a pivotal role in assessing complexity at holistic vision levels, providing insights into how perspectives influence the effectiveness of proposed interventions during strategic planning. Additionally, the research considered complexity in bifactorial scenarios involving two simultaneous drivers – Population Growth Rate and Average Annual Precipitation. Sustainability indicators, including Coverage of the Water Supply System, Coverage of the Wastewater System, and Pollutant concentrations in the urban river, guide the assessment. This study underscores the importance of an integrated, adaptive, and stakeholder-centric approach in urban water system planning. The UWU tool proves valuable in simplifying the implementation of strategic planning, contributing to the definition of measures towards the universalization of water services. While the hypothesis is confirmed in this case study, it is crucial to emphasize that the observed increase in effectiveness is specific to this context. Other measures or combinations, driven by different factors, may exhibit trade-offs that hinder the effectiveness of achieving stipulated targets for sustainability indicators. In this specific case study, the group of measures G4, which includes strategies for decreasing effective water consumption, reducing water losses in the supply network, using rainwater in households, employing wetlands to treat surface runoff, and doubling wastewater treatment capacity, achieved the highest Effectiveness Index.