Modelagem matemática para mitigação: o desafio das florações nos reservatórios hidrelétricos
- 6 de fev.
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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.
Muitas vezes as aplicações de modelagem consideram dados que não são consistidos, tratados ou validados como condições de contorno ou como parte das condições iniciais. Há um conceito bastante conhecido para os modeladores que representa esta condição: Garbage In = Garbage Out (em português: o lixo que entra é igual ao lixo que sai), ou seja, aquele dado que é dado ao modelo limita a qualidade do resultado final dele. Se os dados forem ruins, o modelo irá apresentar resultados limitados e talvez insatisfatórios. Se os dados forem bons, o modelo terá maior chance de apresentar resultados adequados.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.
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 reaçãob) 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
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 energéticob) 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
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)-> Saneamento urbano (esgoto difuso – nutrientes como nitrogênio e fósforo)-> Drenagem agrícola rica em Nitrogênio e fósforo-> Erosão (entrada de fósforo particulado no sistema)-> Sem reduzir nutrientes: toda solução vira manutenção eterna.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”
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 vazãoA 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
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.
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