The Sao Paulo Metropolitan Region hosts more than 20 million inhabitants, who are supplied by several water sources wherein the Cantareira System, one of the largest water supply reservoirs in the world, is capable to deliver more than 30 m³/s of water. The reduced rainfall observed in 2013 and 2014 triggered the most severe water crisis in its recent history and raised several questions about the hazard intensity, the decision makers' ability to handle with such events and the community role in reducing the water consumption when required. This thesis aims at investigating the interactions over time between water availability and human action in Sao Paulo to assess whether the crisis resulted from this drought event could have been avoided. First, historic records and key aspects related to drought risk management, such as hazard intensity, preparedness, exposure, vulnerability, disaster response and mitigation alternatives, are used to compare the 2013-2015 water crisis to the 1985-1986 drought, observed long ago, and contrast the evolution of those aspects so far. Therefore, the evidence suggests the greater hazard intensity and people's exposure to drought, in combination to both late water-saving policies' implementation and the dependency of several service areas on a single reservoir, culminated in the disaster experienced in 2013-2015. Second, a machine learning model is employed to address the community response to water saving policies and to outline a hypothetical storyline considering the early implementation of such policies. The model outputs suggest stronger significance on the contingency tariff rather than the bonus tariff. Therefore, the penalty tariff would be required two years in advance to promote water conservation of local users and prevent the Cantareira System from reaching the dead pool level. Third, the water allocation from the Paraiba do Sul River Basin is evaluated upon the scenarios of transboundary interactions between upstream – Sao Paulo State – and downstream – Rio de Janeiro State – within the context of the 2013-2015 water crisis. Those scenarios address the impacts of i) water allocations from the Paraiba do Sul River Basin to the Cantareira System through a tunnel concluded after the drought, and ii) updated operation rules of the Paraiba do Sul River Basins as a response to drought impacts within its basin observed in 2013-2015 as well. The three scenarios show that the impacts on water availability and hydropower production does not satisfy the two players at the same time and, therefore, put then in a game where hydroelectricity would be reduced for both states at any scenario, while the water transfers to Sao Paulo would be equivalent to the supply of 1 million people downstream in the three years. The three working fronts explore the two-way feedbacks between water availability and humans' behavior to better understand the coevolution of this coupled system in Sao Paulo and outline hypothetical storylines to improve the responses of futures drought events.

A Região Metropolitana de São Paulo abriga mais de 20 milhões de habitantes que são abastecidos por diversas fontes de água, onde o Sistema Cantareira, um dos maiores sistemas de reservatórios de abastecimento de água do mundo, é capaz de fornecer mais de 30 m³/s de água. A redução das chuvas observada em 2013 e 2014 desencadeou a mais grave crise hídrica de sua história recente e levantou diversas questões sobre a intensidade do evento, a capacidade dos tomadores de decisão para lidar com tais eventos e o papel da comunidade na redução do consumo de água quando necessário. Desta maneira, esta tese objetiva investigar as interações ao longo do tempo entre a disponibilidade de água e a ação humana, em São Paulo, para avaliar se a crise decorrente do evento de seca poderia ter sido evitada. Primeiro, revisita-se registros históricos e compara-se a crise hídrica de 2013-2015 com a seca de 1985-1986 para avaliar a evolução de aspectos-chave relacionados ao gerenciamento de risco de seca, como intensidade do evento, preparação, exposição, vulnerabilidade, resposta ao desastre e ações de mitigação. Assim, as evidências observadas sugerem que a maior intensidade do evento e a maior exposição das pessoas à seca, em combinação com a implementação tardia de políticas de redução do uso da água e a dependência de várias áreas de abastecimento em um único reservatório culminaram no desastre ocorrido em 2013-2015. Na sequência, um modelo de aprendizado de máquina aborda a resposta da comunidade às políticas de redução do uso de água para avaliar a eficácia de cenários hipotéticos que consideram a implementação precoce de tais políticas. O modelo sugere mais importância da tarifa de contingência, que aumenta o valor cobrado dos consumidores por não reduzir o uso de água, em relação à tarifa bônus, que reduz a conta de água dos consumidores que voluntariamente diminuem seu consumo. Assim, os resultados apontam que as políticas de redução de consumo seriam necessárias com dois anos de antecedência para promover a conservação da água dos usuários locais e evitar que o Sistema Cantareira atingisse o nível do volume morto. Por fim, as interações transfronteiriças da bacia do Rio Paraíba do Sul entre montante – Estado de São Paulo – e jusante – Estado do Rio de Janeiro – são exploradas no contexto da mesma crise hídrica de 2013-2015. A construção de cenários aborda os impactos de i) alocações de água da Bacia do Rio Paraíba do Sul para o Sistema Cantareira através de um túnel, que fora concluído apenas após o evento de seca, e ii) as novas regras de operação dos reservatórios, que foram atualizadas em resposta aos impactos da seca observada em 2013-2015. Os cenários mostram que os impactos na disponibilidade de água e na produção de energia hidrelétrica não satisfazem os dois jogadores ao mesmo tempo e, portanto, colocá-los-iam em cenários onde a hidreletricidade seria reduzida para ambos os estados, enquanto a transferência de água para São Paulo seria equivalente ao abastecimento de 1 milhão de pessoas a jusante. Os três estudos exploram os feedbacks bidirecionais entre a disponibilidade de água e as respostas humanas para melhor entender a coevolução desse sistema em São Paulo e avaliar cenários hipotéticos com intuito de estimar as melhores respostas para futuros eventos de seca.