Modelos matemáticos em hidrologia

Os modelos matemáticos hidrológicos representam uma classe de ferramentas criadas na hidrologia que se desenvolveram de forma significativa nos últimos 50 anos. A evolução dos modelos seguiu uma rota estreita com o desenvolvimento dos computadores, na sua primeira fase do mainframe, quando os modelos eram de acesso restrito, juntamente com estas máquinas. Apenas depois com o microcomputador que aumentaram e redirecionaram certos usos. Ficou marcante, no entanto, o avanço dos modelos com a entrada da fase do geoprocessamento e do sensoriamento remoto na evolução dos modelos distribuídos e a representação da diversidade física da bacia hidrográfica.

Olhando por outro ângulo, os modelos evoluíram também procurando atender à demanda da sociedade e dos próprios pesquisadores. Inicialmente, o impulso veio dos engenheiros que necessitavam dimensionar obras para o desenvolvimento de uma infraestrutura (abastecimento, drenagem, hidrelétricas, irrigação, navegação, etc). Mais tarde, nos anos 80, com a evolução do controle do impacto ambiental, quando se tornou necessário avaliar o impacto sobre ambientes como banhados, desmatamento sobre bacias hidrográficas, erosão de áreas agrícolas transporte de pesticidas, qualidade do pluvial de áreas urbanas, o modelo deixou de ser quantitativo sobre apenas uma variável (vazão) para representar outros processos, os quais envolvem vários componentes inter-relacionados com o escoamento.

A natureza dentro de sua complexidade interativa mostra que todos os processos que ocorrem na bacia hidrográfica produzem alterações ou impactos na água que escoa nos rios e lagos. Compreender os processos na bacia hidrográfica é essencial para dar respostas aos diferentes usos e sustentabilidade da população. Os modelos nasceram dentro da necessidade de dar resposta às diferentes questões práticas e científicas. Inicialmente explicando componentes da relação precipitação-vazão como a infiltração, o escoamento em rios, entre outros, para depois buscar integrar os diferentes componentes causais da natureza e dos fatores antrópicos. Conceitualmente, o desafio sempre foi muito grande devido a vários fatores como os seguintes:

(a) Como representar um processo que observamos a nível pontual, para uma escala espacial de milhares de quilômetros quadrados? (b) Como representar a irregularidade da natureza na forma de variáveis e parâmetros que representem de forma adequada os principais processos quantitativos e qualitativos? (c) Como diminuir a incerteza das estimativas das variáveis hidrológicas e dos parâmetros de vários submodelos, quando existem apenas as variáveis observadas de entrada (precipitação e evapotranspiração) e de saída (vazão ou nível) de uma bacia? (d) Como amostrar elementos da bacia que permitam avaliar o comportamento hidrológico a partir de visita ao campo (como outras ciências fazem)?

Muitos destes desafios ficarão por muito tempo para serem decifrados, dentro da busca do hidrólogo de, a partir de observações das características físicas da bacia, poder responder seu funcionamento, conhecendo a sua entrada.