Reservatórios no limite: como modelos matemáticos podem ajudar a reduzir crises hídricas
Estudo matemático mostra que ajustes no cálculo da vazão de água impede que grandes reservatórios de usinas, irrigação ou abastecimento atinjam níveis críticos em tempos de seca
A água está presente em quase tudo o que sustenta a vida. No Brasil, grande parte da água que sustenta o abastecimento humano, a irrigação e a geração de energia elétrica depende do armazenamento em reservatórios, que são construídos para incrementar a oferta hídrica e garantir água nos períodos de menor vazão dos rios. O problema é que esses sistemas vêm sofrendo pressão crescente, causada tanto pelo aumento da demanda quanto por secas cada vez mais longas e intensas, associadas às mudanças climáticas.
Quando a água começa a faltar, os efeitos aparecem rapidamente. O abastecimento urbano fica ameaçado, a produção de alimentos se torna mais cara e a geração de energia diminui, afetando negativamente às populações humanas. Em muitos casos, a resposta ocorre apenas quando a crise já está em andamento, com decisões emergenciais que nem sempre são as mais eficientes.
Gestão de grandes reservatórios de água
Nosso estudo — intitulado "System Dynamics Model for Assessing the Water Dynamics and the Capacity of Large Reservoirs to Supply Multiple Uses (Modelo de dinâmica de sistemas para avaliar a dinâmica da água e a capacidade de grandes reservatórios para abastecer múltiplos usos" e recém-publicado na revista Water Resources Management — mostra que esse cenário não é inevitável. Em muitos casos, ajustes relativamente simples na forma como os reservatórios de água são operados podem aumentar significativamente a segurança hídrica, sem a necessidade de novas obras ou grandes investimentos.
Em vez de liberar água normalmente até que o nível do reservatório fique crítico, por exemplo, a operação com "gatilhos" estabelece limites antecipados: quando o volume armazenado reduz, por exemplo, abaixo de 60% da capacidade, pequenas reduções graduais na liberação de água são acionadas automaticamente.
A pesquisa desenvolveu um novo modelo matemático, criado por pesquisadores da Universidade Federal de Viçosa (UFV) e da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), que testa diferentes modelos de sistemas dinâmicos hidrológicos em grandes reservatórios do Brasil.
Liderada pelo doutorando Alisson Rodrigues, a pesquisa teve orientação do professor Ricardo Santos Silva Amorim, especialista em hidrologia, monitoramento e modelagem hidrológica em bacias hidrográficas, e minha colaboração com abordagem de serviços ecossistêmicos e desenvolvimento de modelos de sistemas dinâmicos, usando o software Vensim.
O modelo simula o funcionamento de grandes reservatórios com base nas entradas e saídas de água, integrando o balanço entre precipitação, evaporação, abastecimento urbano, irrigação agrícola e demandas ambientais mínimas, Ele é alimentado por dados diários observados ao longo de duas décadas, de janeiro de 2004 a junho de 2024.
Para testar sua confiabilidade, o modelo foi aplicado ao reservatório de Três Marias, no rio São Francisco, um dos mais importantes do país, reproduzindo com precisão quase 20 anos de operação real, com o acompanhamento das variações do nível da água observadas desde 2004.
Isso permitiu dar um passo fundamental: testar cenários alternativos de operação em períodos de seca severa. Esses testes mostram que reduções persistentes na precipitação, como as observadas a partir de 2013, reduzem rapidamente as entradas de água no reservatório e desequilibram o balanço hídrico, tornando as decisões de operação ainda mais críticas para evitar quedas acentuadas no volume armazenado.
Antecipar decisões faz a diferença
O ponto central do estudo está no conceito de operação preventiva. Em vez de liberar água normalmente até que o reservatório atinja níveis críticos, quando cortes bruscos se tornam inevitáveis, a ideia é fazer pequenas reduções graduais na liberação de água antes que a situação se torne extrema.
Na prática, isso significa ajustar principalmente a liberação para geração de energia, preservando parte do volume armazenado para os momentos mais críticos e evitando decisões emergenciais mais drásticas no futuro.
As simulações mostraram que essa estratégia pode gerar ganhos expressivos. Por exemplo, durante os períodos mais severos de seca, os cenários testados indicaram que o volume mínimo de água armazenada poderia aumentar entre 63% e 70%, apenas com mudanças nas regras de operação. Isso reduz significativamente o risco de falhas no abastecimento urbano, na irrigação agrícola e na manutenção das vazões ambientais do rio.
Outro resultado importante do estudo foi avaliar o papel da evaporação. Embora muitas vezes negligenciada, a evaporação representa uma perda contínua de água nos grandes reservatórios. O modelo mostrou que pequenas reduções nessas perdas já fortalecem a resiliência hídrica, aumentando a capacidade do sistema de superar períodos secos.
Medidas como o uso de estruturas flutuantes, inclusive painéis solares sobre a lâmina d'água, podem reduzir a perda de água, mas devem ser controladas espacialmente para não gerar outros impactos negativos no ecossistema aquático.
Operando melhor o que já existe
Esses resultados são especialmente relevantes para o Brasil. Apesar do país possuir grandes reservas de água doce, a distribuição é desigual e a pressão sobre os sistemas hídricos vem aumentando rapidamente. O estudo indica que crises futuras podem ser evitadas ou, pelo menos, amortecidas, desde que decisões operacionais sejam baseadas em planejamento, dados confiáveis e ciência aplicada.
Além disso, este é um modelo brasileiro, desenvolvido com dados nacionais e regras operacionais definidas. Seu uso permite que gestores não apenas visualizem o comportamento do reservatório, mas também compreendam as causas das mudanças e testem cenários futuros com segurança, antes de tomar decisões no mundo real.
O modelo pode ser aplicado a grandes reservatórios do país, mas também adaptado para uso internacional, especialmente em regiões que enfrentam desafios semelhantes de crescimento da demanda e maior variabilidade climática.
Os resultados deste estudo reforçam uma mensagem central para gestores públicos e formuladores de políticas: evitar crises hídricas não depende apenas de novas obras ou de mais reservatórios. Em muitos casos, a chave está em operar melhor o que já existe.
Modelos matemáticos, como o desenvolvido neste trabalho, permitem antecipar cenários críticos, testar regras de operação e avaliar consequências antes que a escassez se transforme em emergência. Incorporar esse tipo de ferramenta aos processos de tomada de decisão pode tornar a gestão dos recursos hídricos mais transparente, previsível e baseada em evidências, reduzindo conflitos entre os usos da água e aumentando a segurança hídrica da população.
Em um contexto de mudanças climáticas e de reservatórios cada vez mais próximos de seus limites, planejar com antecedência deixa de ser uma opção técnica e passa a ser uma necessidade de política pública.
Os autores não prestam consultoria, trabalham, possuem ações ou recebem financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficiaria deste artigo e não revelaram qualquer vínculo relevante além de seus cargos acadêmicos.
Este artigo foi publicado no The Conversation Brasil e reproduzido aqui sob a licença Creative Commons
