Modelagem para mitigar: o desafio das florações nos reservatórios hidrelétricos

Reservatórios criados para empreendimentos hidrelétricos são, ao mesmo tempo, infraestruturas energéticas e ecossistemas aquáticos altamente sensíveis. Esta característica torna problemas ambientais um risco operacional, não apenas um impacto ambiental.

Nestes ambientes, a proliferação excessiva de algas e macrófitas aquáticas é um exemplo destes riscos. Florações de algas e macrófitas não surgem ao acaso. Elas são favorecidas por uma combinação de fatores cada vez mais frequentes no Brasil, como: aumento da temperatura da água; estiagens prolongadas; existência e operação de reservatórios em cursos d’água; e o aporte excessivo de nutrientes a partir de sistemas de esgotamento sanitário, agricultura e uso do solo em geral.

É apenas um problema ambiental?

Quando isso acontece em reservatórios hidrelétricos, cujo objetivo é a geração de energia de forma estável e contínua, o problema deixa de ser apenas ambiental e passa a ser operacional. A proliferação de algas e macrófitas pode causar:

-> entupimento de grades e sistemas de captação;

-> paradas forçadas de turbinas;

-> aumento expressivo de custos com manutenção e limpeza;

-> redução da confiabilidade da geração de energia;

-> conflitos com outros usos da água, como abastecimento, navegação e recreação.

Outro impacto, menos “badalado”, ocorre sobre o ciclo do carbono nos reservatórios. Estes ambientes são sistemas biogeoquímicos ativos, onde processos físicos, químicos e biológicos interagem continuamente. Quando esses sistemas entram em estados de alta produtividade biológica, como ocorre durante florações intensas, os fluxos de carbono podem ser significativamente alterados.

Durante uma floração, algas e macrófitas realizam fotossíntese de forma acelerada, removendo dióxido de carbono da água e da atmosfera e convertendo esse carbono em biomassa orgânica. À primeira vista, esse processo pode ser interpretado como um sequestro temporário de carbono. No entanto, em reservatórios com longos tempos de residência e baixa velocidade de escoamento, grande parte dessa biomassa não é exportada para jusante, permanecendo acumulada no próprio sistema.

O momento mais crítico ocorre após o pico da floração. Quando algas e macrófitas entram em senescência e morrem, a biomassa passa a ser decomposta por microrganismos. Esse processo devolve o carbono ao sistema aquático e à atmosfera. Em ambientes bem oxigenados, a decomposição ocorre predominantemente de forma aeróbia, resultando na emissão de dióxido de carbono. Contudo, em regiões profundas ou pouco misturadas do reservatório, onde o oxigênio é limitado ou inexistente, a decomposição segue rotas anaeróbias, produzindo metano, um gás com potencial de aquecimento global muito superior ao do CO₂.

Mudanças climáticas, crescimento urbano desordenado e intensificação do uso da terra estão tornando florações mais frequentes, mais intensas e mais difíceis de controlar. Por outro lado, o setor elétrico opera com alta exigência de disponibilidade e previsibilidade na geração de energia. Desta forma, ignorar a dinâmica ecológica dos reservatórios significa aceitar riscos crescentes à segurança energética.

O que pode ser feito?

A solução empregada na maioria dos reservatórios é a seguinte: Esperar ocorrer a floração e remover mecanicamente plantas e algas quando elas já causaram impacto. É uma solução cara, reativa e insuficiente. Resolver o problema exige trabalhar de forma preventiva. Quando entendemos como a hidrodinâmica, a qualidade da água, o clima e a operação do reservatório interagem, passamos a enxergar as florações não como surpresas, mas como processos previsíveis e gerenciáveis.

Na EcoNumérica acreditamos que resolver este problema é converter o problema ambiental em gestão de risco energético. Neste contexto, trabalhamos com a avaliação, prevenção e mitigação dos impactos da proliferação de algas e macrófitas aquáticas sobre a operação e a confiabilidade da geração hidrelétrica, por meio de análise integrada que envolve hidrologia, hidrodinâmica, limnologia e a operação do empreendimento.

Separamos a solução em diversos horizontes:

Curto prazo – manter a usina operando (gestão do risco operacional)

Aqui o objetivo não é “resolver” o problema, mas evitar parada de máquinas. As soluções mecânicas são caras, mas ainda assim mais baratas que parar a operação devido as florações. A operação hidrológica inteligente é mais complexa, envolvendo modelagem hidrodinâmica e limnológica. Aqui usamos o modelo matemático IPH-ECO, desenvolvido pela empresa em parceria com a UFRGS.

a) Soluções mecânicas:-> Grades autolimpantes e reforçadas na tomada d’água-> Barreiras flutuantes direcionais para desviar macrófitas antes da captação-> Pontos dedicados de coleta mecânica (skimmers, dragas leves)-> Planos de limpeza preventiva baseados em previsão, não em reação

b) Operação hidrológica inteligente

-> Pulsos artificiais de vazão (flushing) em momentos críticos

-> Evitar longos períodos de nível estável + baixa velocidade, que favorecem macrófitas

-> Ajustar regras de operação em períodos quentes e de maior potencial para eutrofização.

Médio prazo – reduzir a recorrência (controle do sistema)

Aqui o foco é quebrar o ciclo de crescimento. Se a primeira etapa funcionou, o sistema está estável e o momento emergencial passou. O manejo ambiental é importante para controle de carga interna, enquanto o monitoramento preditivo busca integrar alertas com plano de ações claros e factíveis que possibilitem evitar a surpresa.

a) Manejo ambiental:

-> Remoção seletiva de biomassa (antes da senescência)

-> Evitar decomposição no reservatório (menos nutrientes reciclados)

-> Destinação da biomassa:

-> Compostagem; biodigestão; coprocessamento energético

b) Monitoramento preditivo

-> Sensoriamento remoto (satélite + drone) para mapear manchas

-> Indicadores simples e robustos:

-> tempo de residência; temperatura superficial; clorofila-a / índice de vegetação aquática

-> Sistemas de alerta operacional integrados à operação da usina.

Longo prazo – atacar a causa (onde quase ninguém quer mexer)

Este ponto é o mais delicado, mas acreditamos ser o mais importante. O empreendedor responsável pelo reservatório hidrelétrico pode, e deve, ter participação ativa em discussões e planejamento de gestão de recursos hídricos na bacia onde o empreendimento está localizado.

Atuamos nas duas frentes (pelo empreendedor e pelo órgão de gestão) integrando a visão de diversos usuários frente ao mesmo recurso (água). Aqui, a solução é um planejamento que respeite os usos e seus impactos sobre a ecologia do ambiente aquático, buscando reduzir os episódios e gerenciar o desenvolvimento existente a nível de bacia hidrográfica.

a) Nutrientes na bacia (fonte do problema):

-> Remoção seletiva de biomassa (antes da senescência)

-> Evitar decomposição no reservatório (menos nutrientes reciclados)

-> Destinação da biomassa:-> Compostagem; biodigestão; coprocessamento energético

b) Repensar critérios de licenciamento e operação

Hoje:

-> Licenciamento olha qualidade da água no papel

-> Operação olha energia no curto prazo

-> O que deveria mudar:

-> Limites operacionais ambientais (tempo máximo de residência, níveis críticos)

-> Metas de desempenho ecológico do reservatório

-> Reconhecer florações como risco sistêmico à geração, não “evento ambiental externo”

Como resolvemos tudo isso?

Atuamos na solução destes problemas com uso de modelagem matemática integrada, com modelos matemáticos autorais e metodologias aprovadas no meio técnico-científico:

-> Hidrodinâmica: velocidades, estratificação, zonas mortas

-> Qualidade da água: nutrientes, carbono, oxigênio, temperatura

-> Biologia: macrófitas, algas, peixes, decomposição

-> Operação: regras de nível e vazão

A ferramenta de modelagem, quando bem aplicada, permite:

-> testar pulsos de vazão antes de aplicar, garantindo a efetividade da solução hidrodinâmica

-> definir janelas críticas de risco, auxiliando na avaliação preditiva dos episódios e facilitando o gerenciamento deles

-> justificar tecnicamente mudanças operacionais perante ANEEL e órgãos ambientais fiscalizadores

Entre em contato e faça parte da nossa rede de clientes e parceiros! 

Nossa empresa compreende as necessidades e os objetivos de nossos clientes para seus usos de recursos hídricos. Valorizamos a construção colaborativa dos nossos serviços garantindo que o resultado atenda aos seus desejos. Integrando as necessidades identificadas com as melhores soluções técnicas disponíveis, superamos as expectativas de nossos clientes e fortalecemos nosso relacionamento de longo prazo.