Societal behavior and perceptions of water scarcity is expected to play a critical role in ensuring water security. Nonetheless, these drivers need to be better understood mainly because water scarcity-related experiences seem to influence public attitudes differently across countries. Thus, this thesis addresses: (i) how different experiences with water restrictions and rationing trigger people to invest in conversation measures and (ii) how public perception of nature-based solutions (NbS) affects preferences for this kind of measures to improve water watershed services. To explore these questions, water security is assessed in Campo Grande (CG) and the São Paulo Metropolitan Region (SPRM) by contrasting water demand with probabilistic levels of water availability under climate change and water demand scenarios. Then, a discrete choice experiment was used to investigate public preferences for measures to reduce the frequency and duration of future water shortages. These two sites and their respective supplying basins were chosen since their population has faced different restrictions and rationing efforts. In the first chapter, the foundation is laid for the problem statement and research questions. The results and methods are then divided into two parts: (i) water security under climate change and (ii) willingness to pay (WTP) to improve water security. This thesis' general conclusion is also presented in the third and last part. Part I starts with the respective methods adopted to assess future water security in the two basins feeding CG and the SPMR. The physically-based model SWAT+ was used to simulate the basins' hydrological response to three different Shared Socioeconomic Pathways (SSP): (i) SSP2-4.5 (medium forcing), (ii) SSP3-7.0 (medium-high forcing), and (iii) SSP5-8.5 (high forcing). An imbalance between availability and demand is the main driver of water insecurity in the Guariroba basin, which supplies CG. Due to a decrease in precipitation, water scarcity risk considerably increases in the future in the Jaguari basin, which supplies the SPMR. Even a reduction of 20% by 2070 in water demand is not enough to improve water security in both basins. This finding highlights the need of non-strutuctural measures such as NbS to safeguard future water supply. In part II, the material and methods adopted to design and implement the choice experiment in CG and the SPMR are described in detail, as well as the econometric models estimated to investigate public preferences and WTP for NbS to improve drinking water reliability. Water rationing experiences significantly influence public decision-making and WTP for NbS in both cities. Agroforestry is the most preferred solution in both cities although a considerable share is uncertain about the effectiveness of NbS. Protest motives are also explored in this part, and the main reason for nonparticipation is the lack of trust that the public authorities would invest the money in the measures. Part III provides an overview of the thesis outlining key findings and a general conclusion putting together all evidence contributing to answering this thesis' research questions. The findings indicate that there is public understanding for the need of environmental protection in watersheds feeding cities to achieve water security and support for NbS. The findings of this study provide important insights into relevant feedback between droughts and societal vulnerability and response inserted into the present-day Brazilian cultural, socioeconomic, and political context.

O comportamento social e as percepções sobre a escassez de água têm um papel crucial na garantia da segurança hídrica para o abastecimento de água potável. No entanto, esses fatores precisam ser melhor compreendidos, especialmente porque as experiências relacionadas à escassez de água parecem influenciar as atitudes públicas de maneira variada em diferentes países. Portanto, esta tese tem como objetivo abordar os seguintes aspectos: (i) como diferentes experiências com restrições e racionamento de água motivam as pessoas a adotarem medidas de conservação e (ii) como a percepção pública sobre as soluções baseadas na natureza (SbN) afeta as preferências por esses tipos de medidas a fim de garantir a segurança hídrica. Para explorar essas questões, a segurança no abastecimento de água é avaliada em duas regiões, Campo Grande (CG) e Região Metropolitana de São Paulo (RMSP), contrastando a demanda de água com níveis probabilísticos de disponibilidade sob diferentes cenários de mudanças climáticas e demanda. Em seguida, um experimento de escolhas é utilizado para investigar as preferências públicas por medidas destinadas a reduzir a frequência e duração de futuros episódios de escassez hídrica. Essas duas localidades e suas respectivas bacias hidrográficas foram selecionadas devido às diferentes experiências com restrições de uso e racionamento de água enfrentados por suas populações. No primeiro capítulo, são estabelecidos os fundamentos para a formulação do problema e as questões desta pesquisa. Os resultados e metodologia são divididos em duas partes: (i) segurança hídrica sob mudanças climáticas e (ii) disposição para pagar (DAP) para melhorar a segurança hídrica. A conclusão geral desta tese é apresentada na terceira e última parte. A parte I se inicia abordando os métodos adotados para avaliar a segurança hídrica futura nas duas bacias que abastecem CG e RMSP. O modelo SWAT+ foi utilizado para simular a reposta hidrológica dessas bacias a três diferentes cenários de mudanças climáticas: (i) SSP2-4.5 (forçante média), (ii) SSP3-7.0 (forçante média-alta) e (iii) SSP5-8.5 (forçante alta). Observa-se que o desequilíbrio entre disponibilidade e demanda é o principal fator de insegurança hídrica na bacia do Guariroba, que abastece CG. Por outro lado, devido a uma diminuição na precipitação, o risco de escassez de água aumenta consideravelmente no futuro na bacia do Jaguari, que abastece a RMSP. Mesmo uma redução de 20% na demanda de água até 2070 não é suficiente para melhorar a segurança hídrica em ambas as bacias. Isso mostra que é necessário investir em medidas não estruturais, como as SbN, para garantir o suprimento da demanda futura. Na parte II, são apresentados primeiramente os materiais e métodos usados para a implementação do experimento de escolhas em CG e na RMSP, bem como os modelos econométricos estimados para investigar as preferências públicas e a disposição para pagar por soluções baseadas na natureza a fim melhorar a confiabilidade do abastecimento de água. Observa-se que as experiências com racionamento de água influenciam significativamente a tomada de decisão pública e a disposição para pagar por essas soluções em ambas as cidades. Nesse contexto, os sistemas de integração agricultura-floresta são a solução mais preferida em ambas as localidades, embora uma parcela considerável da população tenha dúvidas sobre a eficácia das SbN propostas. Nesta parte, também são explorados os motivos de protesto e a principal razão para a falta de disposição a pagar é a desconfiança de que as autoridades públicas não investiriam os recursos arrecadados nas medidas. A parte III, fornece uma visão geral da tese, destacando as principais descobertas e uma conclusão geral que reúne todas as evidências que contribuíram para responder às questões desta pesquisa. As descobertas revelam uma compreensão pública da necessidade de proteção ambiental nas bacias hidrográficas que abastecem suas cidades para garantir a segurança do fornecimento de água e também apoio às soluções baseadas na natureza. Esses resultados fornecem reflexões importantes sobre interações relevantes entre secas, vulnerabilidade e resposta da sociedade, inseridos no contexto cultural, socioeconômico e político brasileiro atual.