Como os eventos de precipitação extremos afetam o transporte de material e a eutrofização na interface terra-mar?

Abstract

A zona costeira é um sistema complexo influenciado por atividades antropogênicas, levando a processos de eutrofização e impactando a qualidade da água. A Baía da Ilha de Santa Catarina (BISC), no sul do Brasil, é particularmente vulnerável à eutrofização devido à urbanização, ao tratamento inadequado de esgoto e ao escoamento agrícola. As mudanças climáticas, incluindo eventos extremos de precipitação, agravam ainda mais esses problemas. Para entender a dinâmica e avaliar o impacto de chuvas extremas na mineralização de matéria orgânica e nos processos de eutrofização utilizamos o modelo MOHID Water Modeling System (2D) na BISC. As simulações do modelo concentram-se em dezembro de 2020, quando se registraram eventos extremos de precipitação na região de estudo. Os resultados indicam que os principais rios são capazes de exportar até 10x mais águas internas para o sistema da BISC durante eventos de precipitação extrema, reduzindo em até 24 a salinidade em alguns locais, aumentando o transporte de nutrientes (nitrogênio e fósforo inorgânico dissolvidos) e a atividade fitoplanctônica. O tempo de residência de cada setor da BISC desempenhou importante papel nos aumentos e diminuições das concentrações de cada variável durante e após os eventos de precipitação extremos. O oxigênio dissolvido sofreu um aumento em primeiro momento, porém com a decorrência de outros eventos, diminuiu, indicando maiores sintomas de eutrofização no sistema. Aumentos do índice trófico (TRIX) foram observados em todo o sistema, com maior acentuação (até 5 unidades de aumento) na região central, tornando o sistema hipertrófico momentaneamente. Destaca-se a necessidade de melhorar a estimativa das entradas de nutrientes, considerando as atividades agrícolas em cada uma das bacias que drenam para BISC e de estabelecer estratégia de gestão, como ampliar e melhorar a rede de coleta e tratamento de efluente doméstico, para controlar a eutrofização.

Abstract: The coastal zone is a complex system influenced by anthropogenic activities, leading to eutrophication processes and impacting water quality. The Bay of Santa Catarina Island (BSCI), in southern Brazil, is particularly vulnerable to eutrophication due to urbanization, inadequate sewage treatment and agricultural runoff. Climate change, including extreme rainfall events, is further exacerbating these problems. To understand the dynamics and assess the impact of extreme rainfall on the mineralization of organic matter and eutrophication processes, we used the MOHID Water Modeling System (2D) model at BSCI. The model simulations focus on December 2020, when extreme rainfall events were recorded in the study region. The results indicate that the main rivers are able to export up to 10x more internal water to the BSCI system during extreme rainfall events, reducing salinity by up to 24 in some places, increasing nutrient transport (dissolved inorganic nitrogen and phosphorus) and phytoplankton activity. The water residence time (WRT) of each sector of the BSCI played an important role in the increases and decreases of each variable concentration during and after the extreme precipitation events. Dissolved oxygen increased at first, but as new events took place, it decreased, indicating greater symptoms of eutrophication in the system. Increases in the trophic index (TRIX) were observed throughout the system, with a greater increase (up to 5 units) in the central region, making the system hypertrophic momentarily. We highlight the need to improve the estimation of nutrient inputs, taking into account agricultural activities in each of the basins draining into the BISC, and to establish management strategies, such as expanding and improving the domestic effluent collection and treatment network, in order to control eutrophication.