A importância da modelagem da qualidade de água em estudos de ruptura hipotética de barragens

De acordo com o ICOLD existem no mundo em 2024 aproximadamente 55.000 grandes barragens, isto é estruturas de contenção de água ou resíduos com 15 metros ou mais de altura (entre o ponto mais baixo da fundação e a crista) ou estruturas com 5 a 15 metros de altura cujos reservatórios possuam mais de 3 milhões de metros cúbicos.

As barragens são estruturas construídas para armazenar água ou rejeitos de mineração, com diversas finalidades, como geração de energia, irrigação, abastecimento, controle de enchentes, entre outras. No entanto, essas estruturas também apresentam riscos de ruptura, que podem causar graves danos ambientais e sociais, como perda de vidas humanas, destruição de infraestruturas, contaminação de recursos hídricos, entre outros. Por isso, é essencial que se realize estudos de ruptura hipotéticas de barragens, que consistem em simular os efeitos de um possível rompimento, considerando as características físicas, hidrológicas e hidráulicas da barragem e da bacia

hidrográfica. Esses estudos têm como objetivo avaliar a vulnerabilidade das áreas potencialmente afetadas, bem como definir as medidas de prevenção, mitigação e recuperação.

No Brasil a Lei Federal n°12.334 de 2010, alterada pela Lei Federal n°14.066 de 2020 Estabelece a Política Nacional de Segurança de Barragens destinadas à acumulação de água para quaisquer usos, à disposição final ou temporária de rejeitos e à acumulação de resíduos industriais. De acordo com o artigo 5 da referida lei, a fiscalização das barragens caberá aos órgãos ambientais integrantes do Sistema Nacional do Meio Ambiente (SISNAMA). Dessa forma, a lei federal e as legislações publicadas pelos referidos órgãos definem a necessidade de estudo de ruptura hipotética e plano de ação de emergência para as barragens em todo território nacional.

Um aspecto importante, mas pouco abordado nos estudos de ruptura hipotéticas de barragens, é a modelagem da qualidade de água, que consiste em estimar as alterações nos parâmetros físicos, químicos e biológicos da água em função da ruptura da barragem. A modelagem da qualidade de água permite avaliar os impactos ambientais e sociais da contaminação dos recursos hídricos, bem como subsidiar as ações de monitoramento, alerta e emergência. Além disso, a modelagem da qualidade de água é fundamental para prever o plano de abastecimento de água para as populações afetadas, considerando a demanda de água potável e os possíveis cenários de captação, tratamento e distribuição de água, conforme as legislações vigentes e os princípios de segurança hídrica.

Neste contexto, este artigo tem como objetivo analisar a importância de se considerar a modelagem da qualidade de água em estudos de ruptura hipotéticas de barragens, tendo em vista o Plano de Ação de Emergência (PAE) e a necessidade de se prever plano de abastecimento de água conforme as legislações vigentes. Para isso, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre o tema, bem como uma aplicação prática em um caso hipotético de ruptura de uma barragem de rejeitos.

 

MÉTODOS

A metodologia deste artigo consistiu em uma revisão bibliográfica realizada por meio de uma pesquisa em bases de dados científicos, utilizando as palavras-chave: ruptura de barragens, modelagem da qualidade de água, Plano de Ação de Emergência, plano de abastecimento de água. Foram selecionados os artigos que abordavam o tema de forma relevante e atualizada, com ênfase nos aspectos conceituais, metodológicos e legais. Foram analisados os resultados referentes à propagação da onda de ruptura, à extensão da área inundada, à concentração de rejeitos e aos parâmetros de qualidade de água ao longo do curso d’água em casos anteriores de ruptura no Brasil e no mundo.

Os principais casos de rupturas no Brasil e no mundo que foram estudados foram: Barragem de Fundão (Mariana, Brasil, 2015):

O rompimento da barragem de Fundão, operada pela Samarco, liberou cerca de 55-62 milhões de metros cúbicos de rejeitos de mineração no Rio Doce (Gomes et al., 2018). O desastre afetou severamente a qualidade da água ao longo de 600 km até o litoral do Espírito Santo (Klein et al., 2019).

Monitoramento: Estudos conduzidos por pesquisadores como Segura et al. (2016), Hatje et al. (2017) e Gomes et al. (2018) indicaram elevados níveis de metais pesados e turbidez nas águas do Rio Doce nos meses seguintes ao desastre. O monitoramento a longo prazo mostrou uma gradual melhora na qualidade da água, mas com impactos persistentes nos sedimentos e na biota aquática (Lima et al., 2019; Oliveira et al., 2020).

Barragem do Córrego do Feijão (Brumadinho, Brasil, 2019):

O rompimento desta barragem da Vale S.A. liberou cerca de 12 milhões de metros cúbicos de rejeitos, contaminando o rio Paraopeba (Thompson et al., 2020). O evento causou mais de 250 mortes e danos socioambientais irreparáveis (Brito et al., 2020).

Monitoramento: Estudos conduzidos pelo Instituto Mineiro de Gestão das Águas (IGAM) e por pesquisadores como Thompson et al. (2020), Silva et al. (2020) e Santos et al. (2021) mostraram elevados níveis de metais pesados, especialmente ferro e manganês, no rio Paraopeba. O monitoramento indicou que, mesmo após dois anos, alguns parâmetros de qualidade da água ainda permaneciam acima dos limites legais em certos trechos do rio (Santos et al., 2021).

Mount Polley (Canadá, 2014):

O rompimento da barragem de rejeitos da mina de cobre e ouro Mount Polley liberou aproximadamente 24 milhões de metros cúbicos de água e rejeitos nos lagos Polley e Quesnel (Petticrew et al., 2015). O evento foi considerado um dos maiores desastres ambientais da história do Canadá (Byrne et al., 2018).

Monitoramento: Pesquisadores como Petticrew et al. (2015), Byrne et al. (2018) e Sherry et al. (2019) conduziram estudos que mostraram impactos significativos na qualidade da água, incluindo aumento de metais e alterações na geoquímica dos sedimentos. O monitoramento a longo prazo indicou uma melhora gradual na qualidade da água, mas com efeitos persistentes nos sedimentos e na ecologia aquática (Sherry et al., 2019; Winkler et al., 2020).

Hpakant (Myanmar, 2020):

Embora não seja uma barragem convencional, o colapso de uma pilha de rejeitos de mineração de jade em Hpakant resultou em um deslizamento de lama que causou mais de 170 mortes e impactou os corpos d’água locais (EIA, 2020).

Monitoramento: Devido à localização remota e às limitações de acesso, o monitoramento detalhado da qualidade da água após este evento foi limitado. No entanto, relatórios preliminares de organizações como a Environmental Investigation Agency (EIA) e a Global Witness (2020) indicaram contaminação significativa dos rios locais por sedimentos e possíveis poluentes associados à mineração de jade.

 

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os resultados da revisão bibliográfica mostraram que a modelagem da qualidade de água em estudos de ruptura hipotéticas de barragens, apesar de ser um tema relevante que vai de encontro com as exigências legais, ainda é pouco debatido, sendo tratado principalmente através da análise do monitoramento de rupturas passadas.

Entende-se que a complexidade deste tema ocorre pelas incertezas associadas à modelagem da mancha de inundação (impacto direto), que se não bem calibrada impactará a mancha de impacto indireto (turbidez e poluentes). Além disso as condições naturais como vazão do vale de jusante no momento da ruptura e chuvas na bacia que podem levar a ressuspensão do material depositado tornam estas modelagens extremamente complexas.

Alguns dos principais aspectos legais no Brasil levantados são:

• A Lei Federal n°12.334 de 2010, alterada pela Lei Federal n°14.066 de 2020 indica o conteúdo mínimo dos Planos de Ação de Emergência (PAE) onde um deles é medidas específicas para assegurar o abastecimento de água potável;
  • A ANM (Agência Nacional de Mineração) estabelece, por meio da Resolução nº 95, de 7 de fevereiro de 2022, alterada pela Resolução nº 130, de 2023, os requisitos mínimos para a elaboração e a implementação do PAE. Dentre estes itens estão medidas específicas para assegurar o abastecimento de água potável;
  • No estado de Minas Gerais, a lei estadual 23.291/2019 que institui a política estadual de segurança de barragens também indica a necessidade de PAE com a indicação de medidas específicas para assegurar o abastecimento de água potável;
  • Ainda no referido estado existe o Decreto nº48.078/2020 que aponta sobre os procedimentos para análise e aprovação do PAE, onde além da água potável é citado sobre a garantia de disponibilidade de água bruta;
  • Verificou-se também a relevância de se avaliar os impactos da ruptura de barragens sobre os usos múltiplos da água, especialmente o abastecimento humano, a irrigação, a pesca, o lazer e a conservação da biodiversidade, considerando os parâmetros de qualidade de água exigidos pela legislação, como o Decreto nº 5.440/2005, que estabelece os padrões de potabilidade da água, e a Resolução nº 357/2005 do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), que estabelece os padrões de qualidade da água para os diferentes enquadramentos dos corpos d’água.

De forma geral os estudos de caso analisados mostraram que a ruptura de barragens de rejeito provoca um aumento da turbidez, da condutividade elétrica, do pH, da demanda bioquímica de oxigênio (DBO), da demanda química de oxigênio (DQO), da concentração de sólidos totais, de metais pesados e de nutrientes na água, bem como uma redução do oxigênio dissolvido (OD), da transparência e da diversidade biológica. Essas alterações comprometeriam a qualidade da água para os diversos usos, especialmente o abastecimento humano, que exigiria um tratamento mais complexo e custoso. Além disso, a ruptura da barragem afetaria a disponibilidade de água potável para as populações, que dependeriam de fontes alternativas de captação, como poços, caminhões-pipa, cisternas, entre outras.

Quanto às modelagens propriamente ditas a literatura cita diversos softwares para modelagens de qualidade de água no geral, como HEC-RAS e Riverflow2D. A escolha do software mais adequado deve levar em conta a disponibilidade e a confiabilidade dos dados, a complexidade do modelo, o tempo de execução, a facilidade de uso, a capacidade de calibração e validação, e o custo-benefício da modelagem. (Chapra, 1997; Singh e Frevert, 2006; DHI, 2014; USACE, 2016).

Entre os softwares citados para modelagem de qualidade de água, o HEC-RAS e o Riverflow2D se destacam por possuírem módulos específicos para simular o transporte de sedimentos e contaminantes em rios. O HEC-RAS é um software desenvolvido pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos (USACE) que permite a modelagem unidimensional e bidimensional de fluxos de água, sedimentos e substâncias químicas, considerando os processos hidrodinâmicos, térmicos, físicos e biológicos envolvidos. O HEC-RAS possui uma interface gráfica amigável, uma ampla base de dados, uma extensa documentação e um suporte técnico disponível. O software é de domínio público e pode ser obtido gratuitamente no site do USACE. (USACE, 2016).

O Riverflow2D é um software comercial desenvolvido pela Hydronia LLC que permite a modelagem bidimensional de fluxos de água e sedimentos em rios, lagos, estuários e zonas costeiras, considerando os processos hidrodinâmicos, morfológicos e de transporte de poluentes. O Riverflow2D possui um módulo de qualidade de água que simula a dispersão de poluentes. O software possui uma interface gráfica intuitiva, uma base de dados flexível, uma documentação

detalhada e um suporte técnico especializado. O software é licenciado e pode ser adquirido no site da Hydronia LLC. (DHI, 2014).

Alguns autores como Andrade (2020) e Palu & Julien (2019) utilizaram de equações de advecção-difusão para estudar o comportamento do material no vale de jusante nos casos de Brumadinho e Fundão, respectivamente. Estes autores objetivaram, através do transporte de sedimentos, definir a pluma de turbidez por uma abordagem mais simples que modelagens em softwares.

Seja por meio de softwares ou equações a dificuldade da modelagem da qualidade de água apontada na literatura, em caso de ruptura de barragens, se resuma a um desafio técnico e científico, pois envolve muitas incertezas e variáveis que são difíceis de prever ou medir. Alguns dos aspectos que dificultam a modelagem são: a caracterização dos rejeitos e dos sedimentos presentes na barragem e no leito do rio, a estimativa da quantidade e da velocidade de liberação dos rejeitos, a definição das condições hidrológicas e meteorológicas do evento, a identificação dos pontos críticos de monitoramento e amostragem, a representação dos processos de transporte, mistura, deposição, erosão, reação e transformação dos contaminantes, a avaliação dos impactos sobre os organismos aquáticos e os usos da água, e a elaboração de cenários de recuperação e remediação ambiental. A modelagem da qualidade de água requer uma equipe multidisciplinar, com conhecimento em hidrologia, hidráulica, geologia, química, biologia, ecologia, engenharia, entre outras áreas. (Melo et al., 2015; Velloso et al., 2016; Oliveira et al., 2019).

 

CONCLUSÃO

Este artigo analisou a importância de se considerar a modelagem da qualidade de água em estudos de ruptura hipotéticas de barragens, tendo em vista o Plano de Ação de Emergência (PAE) e a necessidade de se prever plano de abastecimento de água conforme as legislações vigentes.

A modelagem da qualidade de água permite estimar, embora com alta complexidade, a extensão e a magnitude da contaminação dos recursos hídricos, bem como os efeitos sobre os usos múltiplos da água, especialmente o abastecimento humano. Além disso, a modelagem da qualidade de água permite prever o plano de abastecimento de água para as populações afetadas, considerando a demanda de água potável e os possíveis cenários de captação, tratamento e distribuição de água, conforme as legislações vigentes e os princípios de segurança hídrica.

Esses aspectos são fundamentais para a elaboração do Plano de Ação de Emergência (PAE), que é um documento que estabelece as ações de prevenção, alerta e resposta a situações de emergência em barragens, visando à proteção das vidas, do meio ambiente e do patrimônio.

Além das legislações federais, é importante considerar as legislações estaduais que regulamentam as barragens e os recursos hídricos, especialmente nos estados e municípios que possuem um histórico de rupturas de barragens e uma alta vulnerabilidade hídrica. Um exemplo é o estado de Minas Gerais, que sofreu dois grandes desastres ambientais e humanos causados pela ruptura de barragens de rejeitos de mineração: o caso de Mariana, em 2015, e o caso de Brumadinho, em 2019. Esses casos evidenciaram a necessidade de se aprimorar a legislação e a fiscalização das barragens no estado, bem como de se fortalecer o sistema de gestão de riscos e de proteção civil.

Por fim, observa-se que em casos reais de ruptura de barragem a qualidade de água foi um item fundamental avaliado, principalmente visando abastecimento de água. Assim, visto os softwares disponíveis e lições aprendidas com casos reais de ruptura, entende-se a modelagem da qualidade de água como um dos componentes essenciais para a gestão de riscos e a proteção dos recursos hídricos.