Nos últimos meses, houve protestos nacionais sobre empresas de água permitindo que a poluição de esgoto em rios ultrapassasse os limites aceitáveis. Combinado com a poluição de fertilizantes agrícolas e produtos químicos, isso levou a apenas 14% dos rios na Inglaterra atualmente atendendo ao status ecológico "bom". Mas até o momento, não houve um método robusto para identificar as prováveis fontes de poluição dos rios, tornando quase impossível abordar o problema de forma eficaz.

Um estudo de pesquisa recente, coautorado por cientistas da Universidade de Oxford, agora fornece uma nova abordagem. Isso utiliza 'modelagem inversa', que trabalha de trás para frente a partir de observações de poluição em rios, rastreando-as de volta à fonte provável.

Isso contrasta com os métodos atuais de "modelagem avançada", que começam com um conjunto assumido de fontes de poluição e avançam para estimar a distribuição e o alcance eventuais dos poluentes. No entanto, isso tem várias falhas críticas – a saber, que as fontes potenciais precisam ser conhecidas com antecedência, e geralmente é baseado em grandes suposições e dados incertos.

O colíder do estudo, Dr. Alex Lipp (Departamento de Ciências da Terra e Merton College, Universidade de Oxford) disse: 'O primeiro passo para mitigar um rio poluído é descobrir onde está o problema. Esses novos métodos matemáticos "inversos" fornecem uma maneira objetiva de determinar onde e como os poluentes entram nas redes fluviais apenas a partir de dados de monitoramento.'

A nova técnica foi testada no Rio Wandle, um riacho de giz no sudoeste de Londres que provocou indignação local sobre o recente despejo de esgoto . Recentemente, o pesticida neonicotinoide imidacloprido foi detectado no rio Wandle, apesar de ser ilegal usá-lo em campos no Reino Unido desde 2018. Usando a nova modelagem inversa, os pesquisadores concluíram que, esmagadoramente, o imidacloprido no Rio Wandle vem de uma pequena parte do rio que contém o escoamento de uma estação de tratamento de esgoto.

O coautor principal Dr. Gareth Roberts (Departamento de Ciências da Terra e Engenharia, Imperial College London) disse: "Isso reforça a ideia de que o imidacloprido em nossos rios pode ter origem em seu uso como medicamento para animais de estimação , entrando em sistemas de esgoto após ser levado pelos ralos e evitando a remoção em estações de tratamento de águas residuais."

Tendo demonstrado o poder da abordagem de modelagem inversa, o Dr. Lipp está ansioso para vê-la ampliada e, finalmente, se tornar uma parte fundamental do futuro do monitoramento da qualidade da água.

'Uma aplicação dessa abordagem na qual estou muito interessado é a análise de dados da ciência cidadã', acrescentou o Dr. Lipp. 'Grupos de campanha cidadã agora estão frequentemente gerando conjuntos de dados fantásticos de alta densidade de poluentes como fósforo e nitrato em rios, e essa abordagem inversa pode ser usada para transformar esses dados em insights acionáveis.'

Dados de cidadãos já foram usados como parte das campanhas nacionais de rios. Por exemplo, testes de qualidade da água por cientistas cidadãos da River Action encontraram altos níveis de bactérias E. coli ao longo do Rio Tâmisa antes da Henley Royal Regatta. Essa nova abordagem de modelagem pode equipar 'guardiões do rio' voluntários para tomar ações mais direcionadas contra poluidores.

O CEO da River Action, James Wallace, disse: "Reincidentes como as empresas de água e a agricultura em escala industrial muitas vezes tentam passar a responsabilidade para os outros, culpando os outros pela lama que eles deixam entrar livremente em nossos rios. Mas abordagens de modelagem como esse novo algoritmo podem, em última análise, capacitar uma legião de cientistas cidadãos em todo o Reino Unido para identificar fontes de poluição, não deixando os perpetradores onde se esconder."

'O potencial de novos métodos e ciência cidadã deve agora ser mais explorado pela Agência Ambiental em seus processos contra poluidores e penalidades subsequentes, acompanhados por financiamento governamental adequado no próximo Orçamento para capacitar o regulador a fazer cumprir a lei. Melhorar o poder do monitoramento da poluição envia uma mensagem poderosa – polua por sua conta e risco e não por lucro.'

O novo estudo se baseia na abordagem baseada em dados do Dr. Lipp para lidar com a "crise do rio". Em 2023, com seu colaborador Jonathan Dawe, no British Antarctic Survey, ele desenvolveu www.sewagemap.co.uk , um site gratuito e de código aberto que mostra informações em tempo real sobre seções do rio que podem ser afetadas por descargas de esgoto não tratadas na Bacia do Tâmisa. Isso é feito usando um modelo que vincula as saídas de esgoto em tempo real às seções a jusante do rio. O site já é popular entre grupos de natação selvagem e cientistas cidadãos, que o usam para identificar rios locais que estão sendo poluídos com esgoto em tempo real.

Jeremy Watson, um nadador ao ar livre em Londres que usa o SewageMap regularmente, disse: "Com o SewageMap, é fácil obter uma estimativa razoável do estado do esgoto em um rio em um ponto específico para o dia em que você quer nadar. Por exemplo, eu o verifiquei depois de uma semana ensolarada e ele mostrou apenas um vazamento, 90 km rio acima, então fui dar um mergulho agradável perto do Palácio de Hampton Court. Quando olhei novamente depois de alguns dias chuvosos, ele mostrou que havia de repente dezenas de vazamentos de esgoto rio acima - então fui para a piscina! É um grande privilégio encontrar algo que vai tão longe em atender a uma necessidade pública de apresentar informações de uma forma muito acessível. Para mim, também é ótimo ver que o software é disponibilizado abertamente por uma equipe com energia e entusiasmo para receber novos colaboradores."

O modelo subjacente ao Sewage Map é baseado em dados públicos divulgados pela Thames Water sobre descargas de esgoto. Como nenhuma outra empresa de água torna essas informações acessíveis no momento, o modelo ainda não pode ser ampliado para o resto do Reino Unido. O Dr. Lipp concluiu: "É por isso que é tão importante que as empresas de água sigam o exemplo da Thames Water, divulgando dados ambientais em um formato acessível para o público e cientistas usarem."

O estudo de caso sobre o Rio Wandle, 'Usando otimização convexa para distribuir eficientemente fontes de traçadores e poluentes a partir de observações de concentração pontual', foi publicado na Water Resources Research . O artigo descrevendo o novo método computacional, 'Atribuindo fontes de produtos químicos de preocupação emergente ao longo de um rio urbano com modelagem inversa' foi publicado na Science of the Total Environment . O estudo de caso sobre o Rio Wandle foi uma colaboração entre pesquisadores de Oxford, Imperial College London e Lawrence Berkeley National Lab nos EUA.