Como enfrentar eutrofização e floração de algas em tempos de crise climática

Recentemente, as manchetes de jornais como G1 e Campo Grande News trouxeram à tona um problema que evolui lentamente, mas  se torna alarmante em seu ápice: a eutrofização.

No Rio Paraná, na região de Presidente Epitácio, o acúmulo massivo de algas tem afastado turistas e prejudicado a navegação. Simultaneamente, no Rio Pardo, o "sumiço" das águas e o aumento de nutrientes revelam um desequilíbrio profundo entre a expansão do uso do solo e a capacidade de autodepuração dos corpos hídricos. Recentemente, estamos envolvidos em estudos no Rio Grande do Sul, onde regiões úmidas forma banhados e lagoas, e os processos naturais acelerados por ações antrópicas resultam em eutrofização e floração de algas.

Para quem trabalha com gestão de águas esses eventos não são surpresas, eles representam sintomas de um sistema sob estresse. A eutrofização não é apenas a presença de um poluente específico, é uma resposta ecossistêmica a sobrecarga de nutrientes (nitrogênio e fósforo) em um ambiente com hidrodinâmica favorável ao seu acúmulo. Alguns colegas de profissão chamam de "efeito piscina sem dreno": você pode até colocar água limpa, mas se ela ficar parada e receber luz e nutrientes, a floração inevitavelmente irá ocorrer.

Integrando processos: Hidrologia, Hidrodinâmica e Biogeoquímica

Aqui na EcoNumérica Engenharia aprendemos e defendemos que não existe qualidade sem quantidade. Para entender a eutrofização, precisamos olhar para três pilares integrados:

• Hidrologia: Define quanta água entra e sai do sistema. Em períodos de seca, a vazão afluente diminui, reduzindo a capacidade de diluição de cargas recebidas pelo corpo hídrico.

  
  

• Hidrodinâmica: Define para onde a água vai e quanto tempo ela permanece em determinado local. O tempo de residência é uma variável crítica que define o tempo disponível para as reações biogeoquímicas ocorrerem, enquanto as correntes indicam onde estas reações irão ocorrer. Quanto mais tempo a água fica parada, mais tempo as algas têm para consumir nutrientes e se reproduzir.

  
  

• Biogeoquímica: Define as transformações químicas e biológicas. As reações são formadas por uma cadeia de processos existentes na ciclagem de carbono, nitrogênio, fósforo, e etc. Cada ecossistema possui processos de maior relevância, e em muitos casos, são controlados pelas espécies existentes, hidrologia e hidrodinâmica do local.

A história nos ensina que a eutrofização é um problema persistente, mas reversível com boa gerência técnica. No Lago Erie (EUA/Canadá), na década de 1960, o excesso de fósforo vindo de detergentes e agricultura "matou" o lago. Foi necessário um acordo internacional e décadas de controle rigoroso para reduzir as cargas de fósforo e permitir que o sistema respirasse novamente.

No Brasil, a Represa de Guarapiranga enfrentou crises severas nos anos 80 e 90 devido ao esgoto doméstico. Recentemente, entre 2021 e 2024, o Sistema Cantareira mostrou como a hidrologia interage com processos biogeoquímicos: com reservatórios baixos e tempo de residência elevado, as florações de cianobactérias tornaram-se um desafio constante para as companhias de saneamento, exigindo tratamentos cada vez mais caros e complexos.

Podemos citar casos e situações sem parar (o famoso: ad infinitum que gente culta gosta), mas em resumo a situação é mascarada em momentos de maior volume e energia hidrodinâmica, se tornando visível em momentos de baixos volumes e maior tempo de residência. Um processo natural, mas que devido a urbanização e desenvolvimento humano, e nossa necessidade de água potável, se torna um grande problema a ser resolvido.

E para piorar, temos cenários de mudanças climáticas apontando: maiores temperaturas, chuvas mais concentradas, secas prolongadas... As mudanças climáticas não criam a eutrofização, mas funcionam como um catalisador. Estiagens mais frequentes e prolongadas, como as que observamos agora no Rio Paraná, reduzem as vazões dos reservatórios. Com menos água passando, o tempo de residência aumenta drasticamente. Além disso, o aumento da temperatura média da água acelera o metabolismo das algas, especialmente das cianobactérias, que preferem águas mais quentes e ricas em nutrientes.

Claro que a floração por si só não resulta em liberação de toxinas, é necessário a espécie correta para isto acontecer. É importante lembrar que o risco não é apenas estético ou de navegação. Algas são de difícil remoção por processos de tratamento convencionais. No Rio Grande do Sul, a presença de algas gera a necessidade de utilização de carvão ativado no tratamento da água para abastecimento. Um processo caro e de difícil operação, elevando capex e opex a níveis indesejáveis pelo setor privado.

E como avaliar eutrofização e resolver três quebra cabeças ao mesmo tempo?

Sim, a importância de processos em diferentes escalas espaciais e de tempo cria um cenário de solução complexa. A hidrologia integra todos os processos na bacia hidrográfica, trazendo com ela volume e carga de poluentes que impacta diretamente os corpos hídricos. A hidrodinâmica responde a forçantes hidrológicas e meteorológicas, além de ser influenciada pelo próprio estado do corpo hídrico (densidade, temperatura, morfologia, etc). Os processos biogeoquímicos ocorrem em escalas de tempo que variam de segundos a anos, se aproveitando de reações e processos que ocorreram em períodos passados e acumulando material para períodos futuros.

Então para resolver estes problemas é necessário avaliar cada etapa de forma separada, mas pensar de uma forma holística para conseguir integrar estes resultados num diagnóstico e prognóstico eficaz. Escrevemos nesta postagem Não tem qualidade sem quantidade: a integração entre Hidrologia, Hidrodinâmica e Qualidade da Água um pouco sobre como integrar os processos. Aqui, apresentamos um passo a passo que pode ser útil.

Etapa 1: Balanço Hídrico (Hidrologia)

• Quantificar toda água que entra no corpo hídrico (precipitação, afluentes, recarga, lançamentos)

• Quantificar toda água que sai do corpo hídrico (evaporação, captação, escoamento, infiltração)

• Calcular variação de volume e regime de vazão em diferentes cenários hidrológicos

Importante:

O regime hidrológico varia sazonalmente, anualmente e decenalmente. Não podemos acreditar na máxima que a bacia de 50 anos atrás é a mesma que a 5 anos atrás. Há mudanças em uso e cobertura do solo, desenvolvimento urbano, meteorologia, hidráulica... tudo impacta diretamente o balanço hídrico.

Aqui é importante lembrar se o cenário hidrológico que estamos trabalhando é de fato o mais representativo das condições atuais. Nem sempre uma série longa e com dados de boa qualidade é representativa do que estamos vivendo agora.

Exemplo: se a Q₉₅ (vazão crítica) de um rio muda de 100 m³/s a 50 anos atrás para 30 m³/s nos últimos 10 anos, o tempo de residência muda drasticamente.

A obtenção de dados para os estudos é possível com uso de bases remotas, dados monitorados pela ANA/CPRM e órgãos estaduais e coleta direta em campo.

Etapa 2: Modelagem Hidrodinâmica

• Simular para onde a água flui dentro da bacia ou reservatório

• Identificar zonas de recirculação, áreas mortas, camadas termicamente estratificadas

• Detectar onde algas vão se acumular (baixa velocidade + luz + nutrientes)

• Utilizar ferramentas computacionais: softwares de modelagem 2D/3D (HEC-RAS, Delft3D, TUFLOW, IPH-ECO)

Importante:

A hidrodinâmica de um corpo hídrico depende de sua morfologia, hidrologia e meteorologia do local. Alguns corpos hídricos respondem rapidamente a passagens de frentes frias e ondas de calor, variações no regime de ventos e correntes de diferentes densidades. Mas há corpos hídricos com características específicas que possuem maior resiliência a alterações externas e internas.

Não há modelo matemático ou solução mágica que irá funcionar em todos os ambientes. É necessário estudar em detalhe como o tempo de residência varia com a hidrologia, como o regime de correntes muda com as vazões e o vento, como as zonas de circulação são impactadas pelo aquecimento e resfriamento das águas e como tudo isto pode impactar diretamente os processos biogeoquímicos.

Lembre que modelagem matemática não é solução final, ela é uma ferramenta para compreender os processos e como eles ocorrem.

A obtenção de dados para os estudos é possível, mas pode ser onerosa. A hidrodinâmica pode variar muito num mesmo corpo hídrico, indicando que a cobertura de monitoramento necessita uma robustez algumas vezes impraticáveis. A modelagem hidrodinâmica exige que o responsável por ela seja capaz de avaliar, a partir de uma pequena amostragem de pontos, como as correntes e circulações internas do corpo hídrico ocorrem. Claro, com auxílio de ferramentas de modelagem isto pode ser mais fácil...

Passo 3: Modelagem de Qualidade da Água (Biogeoquímica)

• Simular processo de eutrofização: transformação de nitrogênio e fósforo

• Cinética de crescimento algal baseada em luz, temperatura, nutrientes

• Produção e consumo de oxigênio dissolvido

• Diagnóstico de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), carbono orgânico dissolvido (COD)

• Ferramenta usuais: softwares como CE-QUAL-W2, QUAL2K, WASP, EFDC, DELFT3D, IPH-ECO

Importante:

O processo biogeoquímico é a chave aqui. Não adianta termos um modelo complexo que gera resultados para todos os íons presentes na água ou todos os parâmetros da CONAMA 357/2005. Precisamos ter uma ferramenta de fácil compreensão, que seja flexível para diversas aplicações, mas que mantenha uma arquitetura onde elegância é mais importante que complexidade.

A obtenção de dados em campo é complexa, passa por problemas similares aos comentados para a hidrodinâmica. E devido as escalas de tempo diferentes existentes entre os processos físicos, químicos e biológicos, dados coletados em campo podem mascarar influências relevantes entre hidrologia, hidrodinâmica e qualidade da água. Portanto, estas análises devem ser feitas de forma tecnicamente robusta, tentando explorar ao máximo os dados e as respostas que eles indicam antes de complementar o conhecimento com os modelos matemáticos.

A modelagem é tão boa quanto o dado que inserimos nela. Se não conhecermos os processos, os comportamentos, e os impactos possíveis antes de começar as etapas de modelagem, viramos refém dos resultados dos modelos e obrigados a acreditar neles. Infelizmente, a modelagem pode até fazer sentido e estar correta, mas é necessário um pouco de cautela antes de tomar decisões com base em seus resultados.

Aqui na EcoNumérica utilizamos ferramentas de modelagem desenvolvidas pelo próprio time da empresa. Exatamente por isso, sabemos que as incertezas e limitações dos modelos são tão importantes quanto o resultado em si.

Passo 4: Enfim, descobrir o que o estudo revela

• Onde está a origem real do problema (carga difusa vs. Pontual, natural ou antrópico)

• Qual é o nutriente limitante (controlamos a carga de Nitrogênio ou Fósforo?)

• Qual é o tempo de residência crítico que leva ao colapso (qual cenário hidrodinâmico leva a floração)

• Qual é a vazão mínima necessária para manter o sistema saudável

• Qual impacto positivo ou negativo mudanças na operação de estruturas hidráulicas representa para a qualidade da água do corpo hídrico

Cenários de Mitigação:

• Controle de carga (estrutural)

  • Upgrade de ETEs para remover nutrientes (nitrificação-denitrificação, fósforo químico)

  • Implantação de wetlands construídos a montante

  • Boas práticas agrícolas (redução de erosão, aplicação racional de fertilizantes)

• Gestão de vazão (operacional)

  • Alteração na curva de operação de estruturas hidráulicas a montante

  • Aumento de vazão mínima em períodos críticos

  • Criação de pulsos de vazão para limpeza de lodo e mobilização de nutrientes em períodos de cheia

• Restauração ecológica

  • Revegetação de encostas (reduz escorrimento difuso)

  • Criação de zonas de remanso plantadas (wetlands) para remover nutrientes antes de entrar no corpo hídrico

• Monitoramento Contínuo e Validação

  • Redes de monitoramento em tempo real com sensores de oxigênio, turbidez, fluorescência de clorofila

  • Validação das ferramentas utilizadas com novos dados (ajuste fino)

  • Alerta antecipado de florações (predição 10–15 dias antes baseada em cenários climáticos)

  • Relatórios trimestrais comparando previsão vs. observado, ajustando estratégia

E a crise climática?

Recentemente fui questionado numa palestra da seguinte forma:

O que você diria para pessoas que acreditam que os cenários de mudanças climáticas projetados para o futuro estão todos errados?

Com honestidade, respondi que concordo! Foi um momento engraçado e que depois das risadas me permitiu elaborar melhor a resposta.

Cenários do IPCC de projeções climáticas são imaginações. Uma equipe de pessoas extremamente inteligente, com especializações em diversas áreas de conhecimento, se reúne com um único objetivo: Prever o que irá acontecer no futuro.

Ora, não somos deuses, não sabemos o que irá acontecer. Logo, tecnicamente todos os cenários podem estar errados. Mas também, podem estar certos. Então apesar de sim, concordar que os cenários podem estar errados, eles ainda assim representam nossa melhor chance de se adaptar e criar estratégias que aumentem nossa resiliência para o que pode acontecer no futuro.

Em estudos de floração e eutrofização, estes cenários indicam como o desenvolvimento urbano irá impactar o balanço hídrico, como alterações morfológicas (antrópicas ou naturais) em corpos hídricos podem alterar a dinâmica que conhecemos hoje, como processos biogeoquímicos respondem a alterações na temperatura média da água. São questionamentos e respostas diretas que podem ser obtidas por cenários idealizados de forma competente. Não é adivinhação, é ciência usada da forma como deve ser usada. Respeitando limitações e incertezas, mas adotando caminhos que nos levem a termos respostas para qualquer situação futura.

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