Desde há mais de 80 anos, tomando como referência os trabalhos desenvolvidos no rio Ohio nos anos vinte do século passado por Harrold Streeter e Earle Phelps (STREETER e PHELPS, 1925 in THOMANN e MUELLER, 1987), que os técnicos ligados à gestão dos recursos hídricos continuam a procurar instrumentos cada vez mais fiáveis e rigorosos para avaliar a potencial eficácia de programas e medidas de controlo da poluição.
Os responsáveis pela tomada de decisão relativamente à implementação desses programas e medidas preocupam-se, entre outros aspectos, com a eventual ocorrência de dois cenários (THOMANN e MUELLER, 1987):
- reduzir significativamente as cargas poluentes afluentes a uma massa de água e observar reduzidas ou nenhumas melhorias ao nível da qualidade dessa massa de água – o equivalente em engenharia ambiental à queda de uma ponte;
- impor medidas de controlo, muitas vezes através de legislação específica, concluindo posteriormente que essas medidas são particularmente dispendiosas e com um reduzido retorno em termos de usos da água – o equivalente em engenharia ambiental a construir uma ponte para lado nenhum.
É para diminuir a probabilidade de ocorrência destes cenários que a modelação matemática da qualidade da água se revela particularmente útil, permitindo um melhor entendimento dos mecanismos, processos e relações causa-efeito que condicionam o comportamento das massas de água face a diferentes solicitações. Adicionalmente, através da capacidade de simulação do comportamento dos sistemas de recursos hídricos, é possível definir
credível, os potenciais efeitos resultantes da implementação das medidas de controlo da poluição.
Com efeito, a capacidade de representar quantitativamente as respostas dos sistemas de recursos hídricos a estímulos externos, constitui uma parte essencial da própria gestão desses recursos hídricos. É um facto que a modelação matemática da qualidade da água, se correctamente utilizada, tem a capacidade de simular o comportamento dos sistemas hídricos sob a acção de diferentes estímulos. Um modelo, desde que utilizado de forma racional e tendo em atenção as suas limitações, pode funcionar como uma ferramenta extremamente útil no processo de gestão dos sistemas de recursos hídricos, possibilitando ao seu utilizador a comparação de diferentes cenários e a identificação das melhores soluções para a resolução de diferentes problemas (ORLOB, 1983).
No processo de gestão dos sistemas de recursos hídricos destacam-se, pela sua importância, os programas de medidas e acções que têm como objectivo fundamental garantir um estado de qualidade da água que permita satisfazer todas as utilizações actuais ou potenciais, bem como manter ou repor as condições necessárias ao funcionamento equilibrado dos ecossistemas.
As soluções a implementar passam, normalmente, pelo controlo das fontes poluidoras tópicas e difusas, envolvendo, respectivamente, o tratamento adequado dos efluentes urbanos e industriais e a adopção de boas práticas agrícolas, e devem ser concordantes com a legislação em vigor, nacional ou comunitária, com as convenções internacionais e com a política europeia no domínio do ambiente e, em particular, dos recursos hídricos.
As metodologias subjacentes às soluções passam pela abordagem “state-pressure- response”, que é consensualmente aceite como a mais adequada para a definição de medidas e acções para redução e/ou eliminação da poluição, tendo em vista a obtenção de um bom estado de qualidade das águas superficiais, na linha do que é defendido na Directiva Quadro da Água (Directiva 2000/60/CE de 22 de Dezembro).
A abordagem “state-pressure-response” pressupõe a análise da qualidade da água nos meios hídricos, a caracterização das cargas poluentes geradas nas bacias hidrográficas e que afluem à rede hidrográfica, e o estudo do comportamento dos meios hídricos face às solicitações a que estão sujeitos. É justamente para o entendimento das relações entre as pressões poluentes na bacia hidrográfica e o estado de qualidade das massas água que os modelos matemáticos de simulação podem desempenhar um papel importante.
O principal objectivo subjacente à utilização de qualquer modelo matemático de simulação da qualidade da água, é o de produzir um instrumento que tenha a capacidade de descrever o comportamento do sistema, em termos das suas componentes hidrodinâmica e de qualidade da água. Esse objectivo passa, normalmente, pela consideração de três fases: a representação conceptual, a representação funcional e a representação computacional.
A representação conceptual envolve a definição gráfica do sistema, através da descrição das suas propriedades geométricas, das suas condições de fronteira e das inter-relações entre as várias secções do mesmo. Normalmente, este processo consiste na divisão do sistema a modelar em elementos discretos, com uma dimensão compatível com os objectivos da aplicação do modelo, na definição desses elementos de acordo com algumas regras geométricas simples e na descrição da forma como esses elementos estão ligados, quer física quer funcionalmente, constituindo partes integrantes de um todo.
Por outro lado, a representação funcional tem a ver com a formulação dos processos ocorrentes no sistema, sob a forma de um conjunto de equações. Envolve a definição de cada variável e das suas relações com todos os outros parâmetros do modelo.
Finalmente, a representação computacional é o processo através do qual o modelo funcional é transposto para os procedimentos computacionais de cálculo, necessários para a solução do problema em termos de espaço e tempo. Esta representação está subjacente ao desenvolvimento de uma solução técnica específica e à sua codificação em termos de linguagem computacional.
As representações funcional e computacional do sistema estão previamente definidas ao nível da estrutura do modelo, competindo ao utilizador a escolha dos processos que serão activados em cada caso de estudo, através da selecção dos parâmetros de qualidade que pretende modelar, bem como da definição dos valores das variáveis de controlo. Por outro lado, a representação conceptual tem de ser definida pelo utilizador em cada caso, em função das características do sistema que pretende modelar e do grau de discretização dos resultados que pretende obter.
Independentemente de tudo o que foi atrás referido relativamente às potencialidades dos modelos matemáticos de qualidade da água, ao nível da sua utilização nunca devem ser esquecidas, entre outras, duas questões consensualmente consideradas essenciais ao sucesso de qualquer exercício de modelação:
- por um lado, a necessidade de dispor de um conjunto mínimo de dados de monitorização, adequados à calibração e verificação do modelo, que permitam a sua utilização para a descrição de um determinado sistema, com uma representatividade e um grau de confiança que se possam considerar adequados aos objectivos do estudo em análise;
- por outro lado, um adequado grau de conhecimento dos pressupostos e das formulações inerentes ao modelo, bem como uma suficiente compreensão do tipo de funcionamento do sistema a modelar, de forma a que seja possível um entendimento correcto do mesmo.
2.3 – DESCRIÇÃO DO PROBLEMA