Processos hidrológicos e desafios

Numa sequência de artigos, iniciando nesta semana, vamos discutir neste blog os processos hidrológicos, desafios, representação e modelagem. Quando é preparado um experimento, por exemplo a infiltração no solo, são observadas variáveis do processo ao longo do tempo. A observação da infiltração como ocorre, com relação a precipitação, a umidade do solo e os diferentes componentes físicos, permite estabelecer uma descrição qualitativa como os mesmos variam e as medidas quantitativas nos permite estabelecer as equações que descrevem os principais processos observados, baseados em princípios físicos básicos como a continuidade de massa ou volume. Esta ciência da observação e representação que se desenvolveu ao longo dos últimos séculos é simples e direta, explicando grande parte dos processos de forma compartimentizada e dentro de escalas espaciais que permitem a sua observação. Com base nestes elementos foi possível criar as teorias e modelos que explicassem de forma aceitável, apesar das limitações ainda existentes, os processos como: escoamento em meio saturado e não-saturado, escoamento em rios, canais e reservatórios, evaporação e evapotranspiração e interceptação vegetal, entre outros. A engenharia utilizou estes conhecimentos para projetar as ações antrópicas sobre estes sistemas e controlar os impactos ambientais, infelizmente nem sempre com sucesso. Nas últimas décadas a ação da sociedade sobre os sistemas naturais tornou-se mais complexa, principalmente após os anos 70, seja pelo entendimento dos impactos ambientais que a mesma provocava ou pelo aumento do uso dos recursos naturais com o aumento da população e a sofisticação do seu desenvolvimento. Contudo, não bastava explicar os processos idealizados de forma limitada, era também necessário entender os processos de forma interativa entre si. Não bastava explicar o comportamento somente da infiltração, era necessário explicar como ocorriam as precipitações, quanto da água é interceptada e quanto infiltra para o meio saturado, além dos processos no meio não-saturado. Somado a esta interação física era também necessário entender os processos químicos e biológicos relacionados com a contaminação e a sustentabilidade do ambiente. A dimensão do problema cresceu de forma horizontal e vertical, ou seja é necessário entender a interação dos processos físicos somado aos processos químicos e biológicos, para poder responder as questões colocadas pela sociedade como: qualidade da água em rios e reservatórios, contaminação no meio – saturado, efeito do desmatamento e uso do solo, entre outros. Para estudar estes processos foram instaladas bacias pilotos, áreas experimentais, entre outros para buscar medir e observar estas interações. Normalmente, estes elementos possuem limitadas dimensões espaciais. Foi quando observou-se que o que acontece na micro escala não explica o que ocorre na macroescala. O entendimento da hidrologia de escala que é a descrição dos processos que ocorrem na hidrologia em diferentes escalas de representação. Por exemplo, a capacidade de infiltração de alguns centímetros quadrados de um experimento não permite a parametrização de vários quilômetros quadrados (apesar do uso destas equações nos modelos). O que geralmente ocorre é a distorção de parâmetros e variáveis do processo. Isto não permitiu ao hidrólogo obter os parâmetros de um modelo por amostragem experimental, introduzir no modelo matemático e obter a resposta desejada (por exemplo, em conjunto com outros processos, a vazão numa seção de um rio). Se não bastasse estas dificuldades para a ciência hidrológica, com o desenvolvimento de previsão de impactos antrópicos sobre os sistemas hídricos, os mesmos condicionam a paisagem e os elementos de base para fauna e flora de uma região. Períodos climáticos acima e a baixo da média podem alterar de forma crítica o ambiente no qual o homem se estabeleceu. A história é pródiga em exemplos dos condicionamentos humanos relacionados com o clima, solo e vegetação, que em essência dependem da água disponível (Diamond, 1997). Para responder questões como a variabilidade do ambiente em função de alteração dos processos climáticos é necessário integrar modelos climáticos, hidrológicos e ambientais. A nascente área da ciência denominada Ecohidrologia descreve os processos hidrológicos que influenciam mecanismos ecológicos. A dinâmica das interações é dependente da escala no qual os fenômenos são estudados da mesma forma como a vegetação, pedologia e o tipo de clima. Os desafios dos processos que agem no cenário real envolvem uma forte interdisciplinariedade para compor modelos que respondam questões atuais sobre o desenvolvimento econômico, ambiental e o gerenciamento dos recursos hídricos e meio ambiente de forma sustentável. Na semana próxima vamos discutir os aspectos da escala hidrológica