Reportagem: Kevin Damasio
Urucuia sofreu redução de 31 km³ no volume de água em duas décadas. O problema é mais grave na Bahia, em região de monocultura. Dados são de novo modelo de monitoramento que combina imagens de satélites e inteligência artificial. Redução também ocorreu no aquífero Bauru-Caiuá. Esta é a primeira reportagem de uma série do projeto "Cerrado, berço das águas".
Os aquíferos são vitais para o equilíbrio dos ecossistemas e da existência humana. Se apenas 3% da água na Terra é doce, quase 99% deste volume descongelado está nessas formações geológicas. Apesar da importância, pouco se sabe sobre essas águas que correm sob nossos pés, de maneira quase sempre invisível, e abastecem rios e lagos, principalmente nos períodos secos.
Perfurar poços e monitorá-los são tarefas caras e complexas, sobretudo em países continentais, mas ao mesmo tempo essenciais. As águas subterrâneas representam a fonte primária de consumo para mais de 2 bilhões de pessoas e 25% da agricultura irrigada no planeta, conforme a Unesco.
Um novo modelo, desenvolvido pelo engenheiro-geólogo Clyvihk Camacho, do Serviço Geológico do Brasil (SGB), promete dar uma nova dimensão ao conhecimento sobre as dinâmicas e o estado dos aquíferos com a combinação de dados de satélites da Nasa com ferramentas de inteligência artificial, a fim de identificar a variação do volume dos aquíferos.
O modelo foi validado com os dados dos aquíferos mais monitorados pela Rede Integrada de Monitoramento das Águas Subterrâneas (Rimas), do SGB. Neste processo, Camacho identificou que o Urucuia, no Cerrado, e o Bauru-Caiuá, que abrange o Cerrado e a Mata Atlântica, perderam, respectivamente, 31 km³ e 6 km³ de volume de 2002 a 2021. Os resultados foram publicados no primeiro artigo do projeto, na revista científica Water Resources Research, em agosto de 2023
No aquífero Urucuia, a irrigação de monoculturas contribuiu para a redução de 31 km3 de volume de 2002 a 2021.
O aquífero Bauru-Caiuá perdeu 6 km³ de água no mesmo período, em uma região de elevado uso para agricultura e abastecimento humano, no oeste de Minas Gerais.
“Desenvolvi esse modelo porque precisamos entender melhor o comportamento da água subterrânea no Brasil ao longo do tempo”, diz Camacho, que é pesquisador em geociências e hidrogeologia do SGB, cujo trabalho é fruto do doutorado em Engenharia Civil na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). “O crescimento sustentável de uma nação depende da água e da sabedoria ao usar esse recurso, que não é igualmente distribuído no Brasil.”
No país, 68% dos municípios captam água doce em poços profundos para abastecimento público, segundo o IBGE. Ainda assim, atualmente, o conhecimento das águas brasileiras se fundamenta sobretudo nas superficiais – rios, planícies de inundação, lagos e reservatórios. A Rede Hidrometeorológica Nacional, coordenada pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA), possui 13.148 estações fluviométricas, que monitoram a vazão dos rios. Já a Rimas dispõe de 473 poços para monitorar 24 aquíferos sedimentares, que se estendem por 2,84 milhões de km² – um terço do território nacional. Camacho, que integra a equipe da Rimas, considera que a rede de monitoramento é a melhor ferramenta para compreender os aquíferos, mas “o conhecimento hidrogeológico no Brasil precisa avançar”.
Augusto Getirana, pesquisador do Laboratório de Ciências Hidrológicas da Nasa e coautor do artigo, considera que as águas subterrâneas brasileiras permanecem “um recurso desconhecido”. “Bangladesh, um país do tamanho do Ceará, tem mais de 1.200 poços de monitoramento de água subterrânea. A Índia, que é bem menor que o Brasil, tem mais de 20 mil”, compara Getirana, orientador da tese de doutorado de Camacho.
“Esse trabalho demonstra como podemos usar dados de satélite para obter estimativas da variabilidade da água subterrânea onde não temos monitoramento. Mas, é claro, o ideal seria ter poços nesses lugares”, pontua Getirana. Para calibrar o modelo, os cientistas dependem de dados in loco como os produzidos pela Rimas.
A Rede Integrada de Monitoramento das Águas Subterrâneas possui 473 poços de monitoramento, um número baixo comparado a outros países. Bangladesh, por exemplo, que tem o tamanho do Ceará, possui mais de 1.200. O problema é mais acentuado em regiões de difícil acesso, como na Amazônia.
O desafio de monitorar
A Rede Integrada de Monitoramento das Águas Subterrâneas (Rimas) foi criada em 2009 no Serviço Geológico do Brasil (SGB), uma autarquia vinculada ao Ministério de Minas e Energia. A rede instalou poços em aquíferos sedimentares situados em áreas de recarga, onde a água da chuva entra e mostra mais rápida e claramente a variação do nível, além de serem regiões mais sensíveis e vulneráveis a pressões externas. Outro critério foi priorizar locais com alta utilização da água subterrânea.
Nos poços da Rimas, um equipamento registra o nível d’água de hora em hora. A cada quatro meses, os técnicos do SGB vão a campo coletar os dados gerados nos poços e calculam as medianas diárias. A rede planeja implementar a telemetria, que permitiria o monitoramento remoto dos poços, em tempo real.
“A água é um bem mineral superimportante, um lastro para qualquer empreendimento – indústria, plantação”, observa a geóloga Daniele Genaro, coordenadora da Rimas. “A rede de monitoramento dá essa lupa para as condições da água – se existe e tem condição de suprir ou não todas as demandas, quando se quer colocar um novo empreendimento. É uma ferramenta essencial para enxergar a água subterrânea ao longo do tempo.”
Os aquíferos com a maior quantidade de poços de monitoramento são o Urucuia (87), o Bauru-Caiuá (71) e o Guarani (41). Segundo Genaro, os novos focos de expansão da rede são o Açu, na divisa do Ceará com o Rio Grande do Norte, e o Parecis, em Mato Grosso e Rondônia, onde há “uma fronteira agrícola que está crescendo bastante agora”.
Genaro considera incorporar o modelo ao Rimas “assim que for possível”, após Camacho concluir seu doutorado. O sistema permitiria, por exemplo, criar estações virtuais, o que reduziria os custos de monitoramento, e preencher lacunas decorrentes de problemas na geração de dados ou em equipamentos. “A pandemia nos impediu de ir a campo e coletar, então podemos gerar esses dados e entender o que aconteceu nesse período, para completar as séries históricas”, acrescenta a geóloga do SGB.
“Eu acho que é o grande futuro. Não substitui a rede de monitoramento física, mas vem para dar saltos muito grandes”, continua Genaro. “É uma ferramenta incrível para melhorar a nossa densidade, com estações virtuais de monitoramento, e, se faltar dado em algum lugar, compensar com a informação dos satélites.”
Poço de monitoramento do aquífero Urucuia, no município de Mateiros, em Tocantins. Aquífero é o mais monitorado do Brasil, com 87 poços como esse. Foto: Marcio C. Abreu / Serviço Geológico Brasileiro
Modelo híbrido
O modelo utiliza como base os dados do Experimento de Clima e Recuperação da Gravidade (Grace, na sigla em inglês). Trata-se de um sistema de sensoriamento remoto da Nasa composto por satélites que medem a variação da gravidade da Terra. Desta forma, se obtém as mudanças do armazenamento de água no planeta. Contudo, o Grace não distingue o volume em cada estrato da coluna d’água – superficial, subterrânea, umidade do solo e neve.
Camacho, então, testou diversas ferramentas de inteligência artificial e as combinou em um “modelo híbrido conjunto”, capaz de segregar esses dados e obter apenas a variação da água subterrânea. Por fim, realizou quatro experimentos para analisar a qualidade do sistema, em comparação com uma ferramenta bem consolidada, o Sistema Global de Assimilação de Dados Terrestres (GLDAS, na sigla em inglês), também da Nasa.
Os dois modelos foram rodados com o objetivo de alcançar os mesmos dados dos poços de monitoramento da Rimas – e o modelo desenvolvido por Camacho se saiu melhor em todos os experimentos, conforme demonstrado no artigo. “Vimos que a inteligência artificial pode superar modelos robustos e complexos, a um custo computacional muito menor”, observa Camacho. “De forma geral, a margem de erro fica em torno de 1 centímetro da coluna d’água dentro de um aquífero. Se disser que esse aquífero ganhou 10 centímetros, significa 11 ou 9.”
“Precisamos sistematizar o conhecimento hidrogeológico do Brasil, com monitoramento para todo o território nacional”, defende Camacho. Na visão do pesquisador, a rede poderia dar respostas em eventos climáticos extremos, como a crise hídrica no Sudeste em 2014 e 2015, e entender se as águas subterrâneas, nas condições atuais, supririam as diferentes demandas em um processo de estiagem.
Em 2015, o reservatório de Sobradinho, abastecido pelo Rio São Francisco no norte da Bahia, sofreu a pior seca de sua história. Em períodos de estiagem como esse, o aquífero do Urucuia fornece até 90% da vazão do Velho Chico. Foto: Marcello Casal Jr / Agência Brasil
Amortecedor climático
“A água subterrânea é um amortecedor climático. Quando chove, boa parte escoa para os rios, uma parte fica retida no solo e outra vai para os aquíferos”, explica Camacho. “Essa água que vai para os aquíferos continua fluindo lentamente para as regiões mais baixas, e vai chegar eventualmente no rio, no que se chama de fluxo de base.”
Se a retirada da água subterrânea é superior à recarga pelas chuvas, acontece o rebaixamento do nível do aquífero. Isso resulta, por exemplo, na perda dessa interface com os rios e na migração das nascentes. A tendência de redução da vazão dos rios fez com que a Rimas se concentrasse principalmente no Urucuia. Este aquífero se estende por 120 mil km² do Cerrado, com grande parte no Oeste da Bahia e um quinto da área dividido em porções de Minas Gerais, Goiás, Tocantins, Piauí e Maranhão.
No Oeste baiano estão 67 dos 87 poços do Urucuia, onde as áreas de recarga do aquífero encontram-se nas regiões mais altas. Nesses chapadões, ocorre desde os anos 1980 uma grande captação de água superficial e subterrânea para irrigação de monoculturas, principalmente soja e milho. Isso tem afetado o ciclo hidrológico nas bacias do rio Grande e do Corrente, situadas sobre o Urucuia. “A intensa atividade desenvolvida nessa região acentuou os processos de degradação de qualidade e redução dos volumes das águas dos mananciais”, constata um relatório da Rimas.
Os efeitos negativos não se limitam ao Cerrado baiano, pois o Urucuia, por meio do fluxo de base, contribui para 30% da vazão média anual do rio São Francisco, chegando a até 90% em períodos de estiagem, quando “não chove tanto nas cabeceiras do rio”, observa Camacho.
Ao longo de seus 2.863 quilômetros, o São Francisco banha 505 municípios em seis estados e sofre efeitos da agropecuária, hidrelétricas, transposição, entre outros. A consequência é que o rio não tem chegado mais à sua foz no oceano Atlântico, na divisa de Alagoas e Sergipe, resultando no fenômeno da intrusão salina – quando o mar avança sobre a calha do rio.
A redução de 31 km³ de volume do aquífero Urucuia, em duas décadas, coincide com a expansão da agricultura irrigada e a supressão vegetal no Oeste da Bahia. Essa combinação interfere na dinâmica natural da vegetação e das águas do Cerrado baiano.
“Estimamos que a reserva renovável, ou seja, a água que chega em média no aquífero a cada ano, seja de 24 km³. Então, essa perda é maior do que o volume que entra no aquífero em um ano”, avalia Camacho. A reserva permanente do Urucuia é de 1.327 km³ por ano, segundo estudos da ANA.
De 2001 a 2022, houve perda de 24,4 mil km² de vegetação nativa nos municípios do Oeste Baiano, conforme o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. Já o MapBiomas aponta que as áreas de agropecuária aumentaram em 20 mil km² no mesmo período.
A partir do contexto de uso e ocupação do solo, o artigo de Camacho conclui que “a perda de água foi provocada por uma seca prolongada em quase todo o país, e a intensificação do bombeamento de água subterrânea para irrigação”.
“Esperamos que o rebaixamento de níveis de água esteja muito mais ligado com o uso do que ao processo climático”, considera Camacho, mas a “estiagem muito severa de 2015 e 2016” pode ter uma parcela de responsabilidade.
Os pesquisadores calibraram o modelo com os níveis dos poços da Rimas de 2012 a 2021, e então conseguiram utilizar os dados de satélite para calcular os volumes no período de 2002 a 2011. A redução do volume do Urucuia já vinha sendo observada no monitoramento da Rimas. “A sensação geral é que o nível da água cai, chega a recuperar na época de chuva na região, mas não atinge o mesmo patamar”, diz a geóloga Daniele Genaro, coordenadora da Rimas. “A recarga não tem sido na mesma intensidade que a descarga do aquífero.”
Perdas e ganhos
O aquífero Bauru-Caiuá abrange uma área de 353 mil km² em partes do oeste de Minas Gerais e de Mato Grosso do Sul, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. É a segunda formação com maior número de poços da Rimas, devido à sua “importância e localização econômica”. Por ser uma grande formação geológica, o volume de água armazenado pode variar conforme as regiões, mas no geral é um aquífero “de boa produtividade, relativamente raso, e está em cima do Guarani, então tem uma relação direta”, analisa Genaro.
No relatório mais recente, a rede identificou recarga “bem pouco significativa” em 2021, “possivelmente em razão dos índices pluviométricos abaixo da média histórica em praticamente toda região deste aquífero”. Em 2022, o volume aumentou a partir do início da época de chuvas, “seguido do rebaixamento dos níveis após esses períodos”.
No artigo, a validação no Bauru-Caiuá demonstrou claramente que o modelo é capaz de distinguir áreas que ganham ou perdem água dentro de um mesmo aquífero, por meio dos dados de satélite que indicam a “variação volumétrica no tempo”.
“Em Minas, tem um uso grande para abastecimento urbano e irrigação e, em alguns anos, teve uma precipitação menor, o que fez com que o armazenamento caísse um pouco”, observa Camacho. “No sul do aquífero, o rio Grande vai descendo e chega onde está a usina de Itaipu. O lago dela eleva o nível de base de toda a região, então o armazenamento da água subterrânea acaba contido ali, não escoa tanto.”
Aquíferos amazônicos
Como a dimensão do satélite é muito grande, a coordenadora da Rimas considera que o modelo híbrido conjunto será útil, primeiramente, para monitorar os aquíferos maiores, onde há “maior concentração de massa d’água”. Essa característica facilita a percepção das variações dos níveis e também a calibração dos modelos. É o caso da região amazônica.
Na Amazônia, a estação seca de 2023 produziu cenas chocantes. A maior bacia hidrográfica do planeta viu seus rios secarem, em virtude da combinação do aquecimento das regiões equatoriais dos oceanos Pacífico e Atlântico Norte, potencializados pelas mudanças climáticas.
Trecho do Rio Negro, na altura do município de Barcelos, em setembro de 2023, durante seca histórica na Amazônia. Foto: Bruno Kelly / Ambiental Media
Como consequência, o rio Negro alcançou o menor nível registrado em 121 anos (12,7 metros no Porto de Manaus, em 26 de outubro); a seca e as altas temperaturas na bacia do Solimões resultaram na morte de 159 botos-vermelhos e tucuxis; o Madeira secou a ponto de suspender por 14 dias a operação da quinta maior hidrelétrica do país, a UHE Santo Antônio; no Tapajós, foi decretada situação de emergência devido ao impacto no escoamento de grãos pela hidrovia. Mas praticamente nada se sabe sobre o efeito dessa seca extrema nos aquíferos amazônicos.
O aquífero Alter do Chão abrange áreas do Amazonas, Pará e Amapá, e é o mais monitorado na Amazônia. Mas tem apenas 16 poços “muito concentrados na beira do rio”, em cidades ou comunidades onde o Serviço Geológico do Brasil (SGB) consegue acessar. “No Alter do Chão, percebemos um princípio de descenso dos níveis d’água, mas não tão gritante e evidente quanto na água superficial”, observa Daniele Genaro. “A água subterrânea, de alguma forma, consegue se proteger um pouco mais.”
O alcance da Rede Integrada de Monitoramento das Águas Subterrâneas (Rimas) é mais limitado nos outros aquíferos amazônicos, reconhece Genaro. No Içá, que abrange uma grande porção do estado do Amazonas, a rede conta com oito poços em uma pequena área no Acre e em Rondônia. Há cinco poços no aquífero Boa Vista, em Roraima, e quatro no Trombetas, que se estica em uma faixa do Amazonas ao Amapá.
Combinando imagens de satélite e inteligência artificial, o novo modelo pode suprir algumas lacunas. Por exemplo, é capaz de sinalizar locais estratégicos para a ampliação do número de poços de monitoramento, se identificar variações anormais dos níveis em regiões sem monitoramento in situ. Isto é, pode refletir em uma expansão mais efetiva da Rimas sobretudo em regiões com menor ocupação humana, como a Amazônia, ou em fronteiras da expansão agrícola que demandam irrigação intensiva, caso da região que compreende Maranhão, Tocantins, Piauí e Bahia, no Cerrado, mais conhecida como Matopiba.
As águas superficiais já demonstram sinais de escassez decorrentes tanto de eventos climáticos extremos como das crescentes demandas para a produção agrícola e o abastecimento humano. Com isso, o foco do agronegócio tem se voltado para os aquíferos, cujo conhecimento hidrogeológico ainda é incipiente no Brasil.
Dessa forma, Augusto Getirana, pesquisador do Laboratório de Ciências Hidrológicas da Nasa, defende um monitoramento amplo das águas subterrâneas brasileiras. É preciso “ter uma ideia mínima de quanto aquele aquífero pode fornecer de água, para não esgotar aquele recurso”, observa o pesquisador que, no laboratório da agência americana, estuda casos que já ocorrem em Bangladesh, no norte da Índia e na região central dos Estados Unidos. “Diversos exemplos no mundo demonstram que usar a água subterrânea como fonte frequente para irrigação causa a depleção dos aquíferos.”
Colaboraram nesta edição:
Infografia: Sofia Beiras
Edição: Fernanda Lourenço e Miguel Vilela
Foto da capa: Adriano Gambarini / WWF-Brazil
*Este conteúdo faz parte de uma série de reportagens produzidas pela Ambiental Media em parceria com o Instituto Serrapilheira, no projeto “Cerrado, o Berço das Águas”. O especial, que está em fase de desenvolvimento, inclui análises e visualizações de dados sobre os impactos das ações humanas nos principais rios da savana mais biodiversa do planeta.
Conteúdo exclusivo via e-mail
Quer receber análises de dados ambientais exclusivas e inéditas na sua caixa de entrada? Assine Capivara Post, a newsletter da Ambiental Media.
