Padrões espaciais e temporais da qualidade da água no Reservatório de Itaipu, 1985 – 2023

Abstract

Reservatórios desempenham um papel fundamental para geração de energia, irrigação agrícola, proteção contra extremos climáticos e segurança hídrica. Eles influenciam a dinâmica dos rios e reduzem o fluxo natural de sedimentos e nutrientes, alterando a quantidade e a qualidade da água. Assim, é necessário saber como a regulação em grande escala e os aspectos climáticos e ambientais locais interagem para mudar a qualidade da água dos reservatórios. O objetivo deste trabalho é entender como aspectos locais e regionais influenciam a variação espacial e temporal da qualidade da água no reservatório de Itaipu. Itaipu é a maior geradora de energia elétrica no país, e seu reservatório tem área de aproximadamente 1.350 km². O reservatório recebe contribuições regionais de uma área com alto grau de regulação por reservatórios, a Bacia do Rio Paraná (BP), e contribuições locais de sub-bacias agrícolas com contextos urbanos variados, na chamada Bacia do Paraná III (BP3). As análises combinam quatro décadas de dados de qualidade da água (nutrientes, turbidez, clorofila-a) com variáveis hidroclimáticas (estações do ano, vazão, precipitação) e ambientais (uso do solo, saneamento, população) do meio regionaI (BP) e local (BP3). A variação espacial da qualidade da água é analisada em pontos da entrada, saída e principais braços do reservatório considerando as contribuições locais e regionais. Para identificar mudanças sazonais e compreender os processos de diluição e transporte de poluentes, a qualidade da água foi estudada sob condições hidrológicas secas e úmidas. As tendências nas concentrações de nutrientes, turbidez e clorofila-a nos pontos de monitoramento do reservatório são detectadas e quantificadas para entender como a qualidade da água varia no longo prazo. Os resultados mostram que o Rio Paraná influencia a qualidade da água no reservatório, mas, nos braços, as contribuições locais são mais relevantes, especialmente em sub-bacias com alta interferência antrópica. Devido à poluição difusa proveniente de áreas agrícolas, vazões mais altas aumentam as concentrações de nutrientes e, nos tributários, isso intensifica a eutrofização nos braços do reservatório. São detectadas tendências de redução na turbidez e no fósforo total na entrada e saída do reservatório. Observa-se redução de quase 40% por década nas concentrações de clorofila-a na maioria dos pontos de monitoramento, enquanto as concentrações de nitrato aumentaram mais de 20% por década. Conclui-se que as mudanças nas atividades das sub-bacias e os impactos progressivos de reservatórios a montante estão relacionados às tendências de longo prazo, e as diferentes contribuições locais nos pontos alteram a qualidade da água e a forma como esta responde às mudanças de vazão. A ampla cobertura espacial e temporal do monitoramento e uma abordagem que considera o clima, a bacia hidrográfica e o contexto regional são fundamentais para o entendimento dos processos que moldam a qualidade da água em reservatórios.

Reservoirs play an essential role in energy generation, agricultural irrigation, protection against climate extremes and water security. They alter river dynamics and reduce the natural flow of sediments e nutrients, thereby affecting water quantity and quality. Thus, we need to know how large-scale regulation and local climatic and environmental factors interact to change the water quality of reservoirs. The objective of this study is to understand how local and regional factors influence the spatial and temporal variation in water quality in the Itaipu reservoir. Itaipu is the largest energy-generating hydroelectric power plant in the country, and its reservoir spans approximately 1,350 km². The reservoir receives regional contributions from an area with highly regulated flow, the Paraná River Basin (BP), as well as local contributions from agricultural sub-basins with varying urban contexts, in the so-called Paraná III Basin (BP3). The analyses combine four decades of water quality data (nutrients, turbidity, chlorophyll-a) with hydroclimatic variables (seasons, streamflow, precipitation) and environmental factors (land use, sanitation, population) from regional (BP) and local (BP3) contexts. The spatial variation of water quality is analyzed at points located at the reservoir's inflow, outflow and main branches, considering both local and regional contributions. To identify seasonal changes and understand pollutant dilution and transport processes, water quality was studied under dry and wet hydrological conditions. Trends in nutrient, turbidity, and chlorophyll-a concentrations at the reservoir's monitoring points are detected and quantified to understand how water quality varies over the long term. The results show that the Paraná River influences water quality in the reservoir; however, in its branches, local contributions are more significant, especially in sub-basins with high anthropogenic interference. Due to diffuse pollution from agricultural areas, higher flows increase nutrient concentrations, and in tributaries, this intensifies eutrophication in the reservoir's branches. Trends of decreasing turbidity and total phosphorus are detected at the reservoir's inflow and outflow. A nearly 40% per decade reduction in chlorophyll-a concentrations is also observed at most monitoring points, while nitrate concentrations have increased by over 20% per decade. It is concluded that changes in sub-basin activities and the progressive impacts of upstream reservoirs are related to long-term trends, and the different local contributions at monitoring points affect water quality and how it responds to changes in flow. The extensive spatial and temporal coverage of monitoring, combined with an approach that considers climate, the basin, and the regional context, is essential for understanding the processes that shape water quality in reservoirs.