Spatial and Temporal Analysis of the Water Quality in Brazilian Semi-Arid Reservoirs Using AlgaeMAp

Resumo

A região Semiárida do Nordeste do Brasil enfrenta desafios complexos de qualidade da água devido aos prolongados períodos de seca, altas temperaturas e cobertura vegetal limitada. Como resultado, os reservatórios do semiárido são geralmente suscetíveis à eutrofização e florações de algas, mas uma compreensão abrangente das condições de qualidade da água na região ainda é difícil de obter devido à falta de informações regulares sobre o tema. Nesse contexto, o uso do sensoriamento remoto tem se mostrado uma ferramenta eficaz para estimar parâmetros-chave de qualidade da água, como a concentração de clorofila-a (Chl-a). Neste capítulo, o AlgaeMAp, uma aplicação que utiliza o NDCI (Índice de Diferença Normalizada de Clorofila-a) derivado de imagens do Sentinel-2 na plataforma Google Earth Engine, é aplicado para estimar a Chl-a e o Índice de Estado Trófico (IET). O objetivo desta pesquisa é investigar de forma abrangente as condições de qualidade da água, especificamente Chl-a e IET, em 30 reservatórios localizados em 4 estados federais. Primeiramente, foi realizada uma validação das estimativas de Chl-a e IET fornecidas pelo AlgaeMAp, comparando-as com medições in situ. Em seguida, foi conduzida uma análise espacial e temporal da qualidade da água, incluindo séries temporais de Chl-a e suas tendências ao longo do tempo para os 30 reservatórios. Além disso, são apresentadas as relações entre qualidade da água e condições hidrológicas, incluindo precipitação e níveis de água das barragens, oferecendo insights sobre a dinâmica dos estados tróficos para o reservatório Castanhão. Demonstramos que o AlgaeMAp é uma ferramenta útil para analisar Chl-a e IET em reservatórios do semiárido brasileiro. Apesar dos dados não terem sido originalmente destinados a aplicações de sensoriamento remoto, as estimativas de Chl-a apresentaram valores de erro aceitáveis, sustentados por um alto coeficiente de determinação (R2 = 0,89, n = 188). Verificamos que os reservatórios ao longo do Rio São Francisco apresentaram condições oligotróficas, porém com transição gradual para condições mesotróficas, o que pode representar preocupações futuras para os recursos hídricos da região. Considerando todos os reservatórios investigados, 23 dos 30 apresentam baixa qualidade da água (eutróficos ou superiores) ao longo de 2017 e 2022, indicando um cenário de degradação hídrica. Por outro lado, ao examinar os dados de séries temporais, observamos que 15 dos 30 reservatórios exibiram tendência de redução na concentração de Chl-a. Por fim, descrevemos a influência dos efeitos hidrológicos na qualidade da água, particularmente para o reservatório Castanhão; é importante destacar que uma severa seca persistiu até 2018, causando degradação da qualidade da água no Castanhão e na maioria dos reservatórios. Com sucessivos períodos chuvosos, este reservatório recuperou parte do armazenamento de água, resultando em melhorias na qualidade da água. No entanto, é evidente que não há um padrão temporal uniforme aplicável a todos os reservatórios da região, e pesquisas adicionais são recomendadas.

Publicação
Springer