RESUMO Este trabalho propõe estimativas de demanda de água para cenários futuros de uso e ocupação do solo e de verticalização utilizando análises espaciais e modelagem dinâmica com base em autômatos celulares para uma fração urbana do município de Campina Grande (PB). Dados reais de uso e ocupação do solo e de verticalização dos anos de 2011 e 2018 são utilizados para identificar o processo de mudança nesses bairros. Um conjunto de variáveis estáticas e dinâmicas relacionadas é selecionado para subsidiar a parametrização do modelo e simular as mudanças no uso e ocupação do solo e na verticalização, ocorridas no período. Após a validação das simulações para o ano de 2018 com base nos dados observados, novos cenários futuros são propostos para os anos de 2040, 2070 e 2100, identificando, assim, uma tendência de ocupação com algumas características específicas, como a substituição de áreas residenciais de um ou dois pavimentos por novos empreendimentos verticais, seja residencial, empresarial ou de serviços. Dado o aumento de ocupação urbana, as demandas de água capazes de atender à população também aumentam, aumento este que se confirmou neste trabalho. Entre os anos 2018 e 2100, essa tendência de aumento foi estimada em 300%. Uma comparação de cenários futuros considerando usos convencionais e racionais de água (utilizando mecanismos poupadores) também é apresentada.

ABSTRACT This work estimates urban water demands for future land-use scenarios using spatial analysis and dynamic modeling based on cellular automata for an urban area of the city of Campina Grande, Paraíba State, Brazil. Ground truth for two dates (2011 and 2018) is used to identify the process of land-use change in these neighborhoods. Some static and dynamic variables are defined in order to support the model parameterization and to simulate the changes occurred in the period. After the validation of those simulations for 2018, based on the observed data, new future scenarios are proposed for the years 2040, 2070, and 2100, thus identifying a tendency of occupation with some specific characteristics such as the replacement of residential areas new buildings with multiple floors, whether residential, business, or services. Due to the increase in urban occupation, the water demands for attending to the population also increase. Between 2018 and 2100, this upward trend is estimated at 300%. A comparison of future scenarios considering conventional and rational water uses (using saving mechanisms) is also simulated.

Resumo Previsões do comportamento das mudanças que ocorrem no uso do solo são indispensáveis para um planejamento urbano adequado, indicando áreas mais propensas à ocupação humana. Dessa forma, o estudo tem por objetivo prever a expansão urbana da cidade de Fortaleza, localizada no nordeste do Brasil, utilizando um modelo dinâmico que combina autômatos celulares com as Cadeias de Markov (CA-Markov). Ele foi desenvolvido por meio de três etapas: aquisição e processamento dos dados; espacialização dos dados; e, modelagem dinâmica espacial. A matriz de transição markoviana forneceu o percentual de mudanças de uma classe para a outra ao algoritmo de simulação. Dados reais de entrada de uso do solo dos anos de 2009 e 2017 mostraram uma transição de 26,50% de áreas vegetadas para áreas urbanizadas. A validação do modelo apresentou excelentes resultados (índice de similaridade fuzzy superior a 0.8) para realizar simulações futuras (2020 até 2025). Segundo as previsões, em 2025, dos 297,10 km² de área urbanizada e vegetada, 82,43% serão de área urbanizada e apenas 17,57% serão de área vegetada. O modelo de simulação pode ser alimentado por mudanças que aconteçam dentro do período previsto, sendo incluídas na simulação como variáveis dinâmicas, obtendo uma simulação compatível com essas mudanças.

Abstract Forecasts of the behaviour of changes that occur in land use are indispensable for adequate urban planning, indicating areas more prone to human occupation. Thus, the study aims to predict the urban expansion of the city of Fortaleza, located in northeastern Brazil, using a dynamic model that combines cellular automata with the Markov Chains (CA-Markov). It was developed through three steps: data acquisition and processing; spatialization of data; and, dynamic spatial modelling. The Markovian transition matrix provided the percentage of changes from one class to another to the simulation algorithm. Actual land use input data for the years 2009 and 2017 showed a transition of 26.50% from vegetated to urbanized areas. The validation of the model showed excellent results (fuzzy similarity index greater than 0.8) to perform future simulations (2020 to 2025). According to forecasts, in 2025, of the 297.10 km² of urbanized and vegetated area, 82.43% will be urbanized, and only 17.57% will be vegetated. The simulation model can be fed by changes that happen within the predicted period, included in the simulation as dynamic variables, obtaining a simulation compatible with these changes.

Resumo Os índices de vegetação obtidos por modelos, aplicados em imagens orbitais, são comumente utilizados para o monitoramento da cobertura do solo, sendo importantes para registrar alterações na biomassa, identificação do ciclo fenológico, relação com o sequestro de carbono e indicadores de mudanças climáticas. Na região do bioma Caatinga, a compreensão em escalas local e diária dos fenômenos que ocorrem na cobertura do solo é muito importante devido à sua heterogeneidade, sazonalidades e às múltiplas ações humanas. Neste ambiente, cresce a importância da representação temporal e espacial. Os satélites da série Landsat apresentam características adequadas para representar as variações espaciais, mas têm uma baixa amostragem temporal. Nesse sentido, o presente estudo tem como objetivo melhorar a representação temporal dos dados capturados pelos satélites Landsat para uma região do bioma Caatinga. Funções de três parâmetros são avaliadas para representação temporal matemática do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI), tendo a sua avaliação de desempenho realizada a partir dos parâmetros estatísticos qui-quadrado reduzido (χ2) e coeficiente de determinação (R2). A análise considera o estado de alteração da cobertura do solo pela ação antrópica e o regime pluviométrico anual. A função Cauchy apresentou melhor desempenho, ajustando-se bem a 83% dos anos e locais analisados, obtendo um R2 médio de 0,82. Os parâmetros da função de melhor desempenho identificada neste estudo podem ser uma valiosa fonte de informações para estudos ambientais na Caatinga que precisem avaliar o comportamento temporal da vegetação.

Abstract Vegetation indexes from remote sensing images are often used for land-cover monitoring and identification of biomass changes. They are also very useful to describe the relationships between the phenological cycle and the carbon sequestration, which are climate change indicators. The Caatinga land-cover is very heterogeneous, making hard the understanding of the land cover processes in different scales (spatial and temporal), due to seasonalities and human actions. The Landsat series products usually can describe spatial land-cover variations, with a low temporal scale, so far. This study aims to improve the temporal representation of the land cover by Landsat images for a Caatinga area. This article presents an evaluation, using a mathematical approach of three-parameter functions to describe the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). Each function performance was evaluated by the reduced chi-square (χ2) and determination coefficient (R2) parameters. The analysis is performed for an annual period and considers land-cover changes by anthropic action. The Cauchy function seems the best option and presented an adjust up to 83% of the total (years and places), with an R2 (average) of 0.82. The parameters of this function can be a valuable source for environmental studies in the Caatinga biome, supporting temporal analysis of the vegetation.

RESUMO A salubridade ambiental está diretamente relacionada com a qualidade dos serviços de saneamento básico, que, por sua vez, abrangem diversas ações que visam promover a melhoria da qualidade de vida das pessoas e do meio ambiente. Dessa forma, com o objetivo de avaliar as condições de salubridade do município de Campina Grande (PB), este artigo buscou desenvolver o Indicador de Salubridade Ambiental para Campina Grande (ISA/CG) a partir da adaptação do Indicador de Salubridade Ambiental do Conselho Estadual de Saneamento do Estado de São Paulo (ISA/CONESAN), desenvolvido para aplicação nesse estado. O ISA constitui um instrumento de planejamento e gestão ambiental pública que possibilita identificar as ações prioritárias em relação aos serviços de saneamento, orientando, assim, as ações dos gestores públicos e a sociedade civil na tomada de decisão para alcançar melhor qualidade de vida e ambiental. Os valores do ISA/CG foram associados aos setores censitários do distrito-sede do município para permitir, inicialmente, uma análise da distribuição espacial de seus valores na cidade. Posteriormente, para aprimorar o ISA/CG e validar seus resultados, dois novos subindicadores (conforto ambiental e capacidade de armazenamento de água) foram incorporados a partir da análise em quatro áreas-piloto, identificadas como as de mais alta e mais baixa salubridade.

ABSTRACT Environmental health is strongly related to the quality of basic sanitation services. Those services must provide a better quality of life for people and the environment. This research has developed an indicator (environmental health indicator - EHI) for assessing basic health conditions in Campina Grande, PB (Brazil). Its starting point is an adaptation of a known EHI developed by CONESAN (São Paulo, Brazil) in 1999. EHI can be a planning tool and a public environmental management tool for priorities decision-making related to basic health services. It should guide governmental policies and civil society in several decision-making processes for a better quality of life in cities. First, EHI/CG values were developed and spatialized by census track for the whole city. Second, in a validation method, two additional indicators (environmental comfort and reservoir capacity) were developed in a different scale (urban fraction). Four pilot areas were chosen based on the highest and the lowest EHI/CG values for the whole city.

Resumo: Os impactos sociais e econômicos que alagamentos podem causar em áreas urbanas são diversos e aumentam à medida que o solo é impermeabilizado. O aumento de urbanização das cidades, torna necessário implementar um melhor processo de planejamento e otimizar a gestão do espaço urbano e sua ocupação. Para isso, as gestões precisam de dados confiáveis e úteis para a tomada de decisão. Assim, os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) têm papel importante entre os mecanismos de planejamento urbano. Diante da atual situação do município de Campina Grande, Paraíba - Brasil, palco de transtornos de chuvas esporádicas e concentradas, esse estudo objetivou mapear as áreas mais susceptíveis a ocorrência de alagamentos através de um modelo baseado em SIG e MCDA (Multi-Criteria Decision Analysis). Consideraram-se cinco critérios quantitativos: declividade, altitude, vias com drenagem, distância a corpos hídricos e uso do solo. A análise ocorreu pixel a pixel baseada em premissas pré-determinadas, foram criadas funções de pertinência Fuzzy e efetuadas operações de sobreposição (overlay). Os resultados foram compatíveis com registros históricos, levantamentos oficiais e estudos prévios elaborados para a cidade, agregando confiabilidade ao modelo. Este pode ser considerado como um instrumento de gestão para o caso estudado e para cidades com problemas similares.

Abstract: The social and economic impacts caused by floods in urban areas are diverse and increase as the land becomes gradually impervious. Due to the increasing urbanization of cities, it is necessary to implement a better planning process and optimize the urban spaces management and occupation. Thus, the government needs to gather reliable and useful data for the decision-making process. Therefore, the GIS plays an important role among urban planning instruments. Given the current situation in Campina Grande County, Paraiba State, Brazil - an area continually facing disturbances caused by occasional and concentrated rainfalls - the current study aims to map the areas seen as the most susceptible to floods, by using a MCDA GIS-based model (Multi-Criteria Decision Analysis). There are five quantitative criteria considered in the analysis: slope, altitude, roads with drainage infrastructure, distance from water bodies and land use. It is a pixel by pixel analysis based on predetermined assumptions. Fuzzy functions were developed and overlay operations were performed. The results were consistent with historical records and with previous studies about the county, thus adding reliability to the model, which can be considered a potential management instrument for the case study area, as well as for cities facing similar issues.

RESUMO A ocupação urbana intensa e não planejada acarreta problemas diretos à população. Um desses problemas é a diminuição do índice de permeabilidade do solo gerada pela pavimentação crescente que sempre acompanha o desenvolvimento urbano de uma região. Em consequência, o sistema de drenagem pode sofrer sobrecargas uma vez que a capacidade de infiltração do solo é alterada e a pavimentação aumenta a velocidade de escoamento e as vazões de pico. Este trabalho apresenta uma análise integrada da dinâmica do uso do solo ao longo de 32 anos e do comportamento do sistema de microdrenagem urbana para o cenário atual de ocupação dos bairros Catolé e Sandra Cavalcante, em Campina Grande (PB). Verifica-se a deficiência do sistema de microdrenagem em não acompanhar o acelerado crescimento da região, acarretando em pontos de alagamento que geram prejuízos e desconfortos à população em períodos de chuva mais concentrada.

ABSTRACT The intense and unplanned urban occupation entails direct problems to the population. One of these problems is the decrease in the permeability index of soil generated by increasing paving that always accompanies the urban development of a region. As a result, the drainage system may experience overloads, once the infiltration capacity of the soil is changed and the paving increases the flow rate and the peak flows. This paper presents an integrated analysis of land use dynamics over the course of 32 years and the behavior of the urban micro-drainage system to the current scenario of occupation of Catolé and Sandra Cavalcante neighborhoods, in Campina Grande, PB. It verifies the disability of the micro-drainage system to accompany the accelerated growth of the region, leading in points of flooding that generate losses and discomforts to the population in more concentrated rain periods.

A região semiárida do Nordeste brasileiro tem sofrido os impactos das mudanças ora causadas por ações humanas, ora causadas direta ou indiretamente pelas mudanças no clima. O zoneamento de áreas mais suscetíveis a mudanças ou historicamente sob forte pressão por causa do crescimento das cidades e outros fatores antrópicos pode auxiliar em ações de planejamento mais sustentáveis nesta região. Este trabalho apresenta uma metodologia integradora para correlacionar diferentes variáveis (demográficas, climáticas e socioeconômicas) de forma a indicar áreas submetidas a potencial “pressão” por mudanças na região. A utilização de um estimador estatístico para uniformização das informações, através de modelagem em ambiente SIG, sobrepondo as variáveis consideradas, possibilitou uma integração eficiente. Os resultados apontam áreas submetidas a “forte pressão” no entorno de cidades importantes no contexto atual do semiárido nordestino, o que se reflete em alterações marcantes na forma de uso e ocupação destas regiões. Isto se configura, principalmente, por essas regiões apresentarem alta densidade populacional, acompanhada por um crescimento do PIB agropecuário nos últimos anos.

The semiarid region of Northeastern part of Brazil is under changes pressures driven by human activities or climate changes. Spatial analysis and visualization of potential land use/land cover changes (LULCC) zones can be a useful tool for helping on planning actions or decision making policies for sustainable development. This study presents a methodological and spatial approach for pointing out mainly changes drivers. GIS tools and a statistics estimator are used in a spatial modelling and standardization of all inputs from different data sources. The results show the nearest areas from some important middle cities such as “high pressure changes”. In those areas, it is possible to observe the strong correlation between LULCC and high density urban areas and an increasing of GDP (Gross Domestic Product for Livestock and Agriculture) in the last years as well.

RESUMO Este estudo avalia a aplicação de equipamentos poupadores, em edifícios verticais, visando minimizar o impacto da demanda de água gerada, em um horizonte de cinco anos, no bairro do Catolé, em Campina Grande – PB. Investiga-se a redução do consumo de água a partir da utilização de mecanismos poupadores em edifícios residenciais, com o intuito de estabelecer parâmetros para a construção de novas edificações. Espera-se que estes parâmetros possam servir de suporte ao planejamento urbano, auxiliando no estabelecimento de meios de incentivo para minimizar o consumo de água. Para tanto, são selecionados cinco tipos de mecanismos poupadores e avaliados os custos de implantação e a eficiência dos mesmos. O consumo de água é simulado para edifícios em construção e são gerados cenários, utilizando os mecanismos poupadores, com a finalidade de verificar o quanto a utilização desses equipamentos contribuiria para a redução da demanda de água. Os resultados indicam que a utilização dos equipamentos poupadores reduz em 83,26% o consumo final de água em edifícios verticais. Conclui-se que é possível minimizar o problema da escassez da água, utilizando instrumentos de gerenciamento que contribuam para a racionalização do uso, visto que ações de responsabilização da sociedade pelo consumo consciente dos recursos naturais têm se mostrado eficazes, pois agregam, consequentemente, qualidade às áreas urbanas.

ABSTRACT This research evaluates the use of water saving equipment in vertical buildings, in order to minimize the impact of water demand increasing over five years. The area studied is a district of Campina Grande city (PB) named Catolé. A survey was developed of some reducing devices that could contribute to the water demand decrease in the studied buildings. Water Demand Management recommends the use of water saving devices in buildings to decrease water consumption. The main goal was to evaluate the reduction of the water use caused by water savers in residential buildings and to try to establish parameters for the new buildings. Those parameters can be used for urban planning guidelines and laws to minimize water consumption. Therefore, four different types of water saving devices were selected and the economic and efficiency aspects of implementation were analyzed. Some scenarios were simulated for unfinished buildings (under construction) to evaluate the future water consumption. The results obtained show that the use of water saving devices can reduce water consumption in vertical buildings by 83.26%. Therefore, it has been concluded that it is possible to minimize the water scarcity problem using management tools that can contribute to rational use and also improve society’s awareness of natural resources in urban areas.

A modelagem e otimização da disposição espacial de unidades de reservação que constituem os Sistemas Urbanos de Distribuição de Água (SUDA) são abordadas neste estudo sob a perspectiva do apoio à decisão no planejamento desses sistemas. Tendo em vista os avanços e técnicas encontrados nos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e a possibilidade de utilizá-los como Sistema de Apoio a Decisão Espacial (SADE), este trabalho apresenta uma metodologia que viabiliza a tomada de decisão em planejamento de SUDA. Utilizando critérios espacializados, são gerados mapas de riscos de desabastecimento em lotes urbanos que podem servir como indicadores em ações de planejamento e gestão, assim como são mapeadas zonas consideradas como ótimas para a localização de novas unidades de reservação, as quais constituem diretrizes no planejamento para expansão dos SUDA

This research presents a modeling and optimizing alternative for water reservoirs placement of an Urban Water Supply Systems (UWSS). These systems are considered as decision making support systems for planning. The focus is the advances and techniques found in the Geographical Information Systems (GIS) and the possibility to use it as Spatial Decision Support System (SDSS). This research presents a new methodology for decision making in a planning of UWSS. Risk Maps are produced using multi-criteria evaluation techniques for urban parcels. They can indicate some planning and management actions. It is established a suitability zoning to locate new water reservoirs units, which can support guidelines and planning for expansion of system