Os reservatórios são ambientes de transição entre rios e lagos que possuem fragilidades inerentes à construção das barragens e que somadas aos problemas associados necessitam de monitoramento ambiental frequente. A modelagem determinística de reservatórios tem se firmado como tecnologia promissora no estudo do ecossistema aquático e qualidade das águas. Compreender as diversas interações bióticas e abióticas e suas alterações devido a forçantes externas e internas nesses ambientes é um desafio para o gerenciamento ambiental e controle da poluição das águas. Nesse sentido, a presente pesquisa introduziu novas abordagens de modelagem para estudar respostas hidrodinâmicas e de qualidade da água do reservatório de Itupararanga (SP) em face à cenários de mudanças climáticas e de modificações futuras de uso e ocupação do solo. Diferentes acoplamentos de modelos open-source foram utilizados para avaliar a performance das abordagens metodológicas, além de (1) projeções de aumento das emissões de CO₂ para entender como o nível de água do reservatório e o regime térmico responderiam ao final da década de 2020; (2) tendências de uso e ocupação do solo da bacia do Alto Sorocaba para proposição de cenários e análise de respostas da qualidade da água; e (3) implicações na quantidade e qualidade da água do reservatório com base em cenários de uso e ocupação do solo e projeções climáticas para a década de 2050. As abordagens de modelagem testadas foram eficientes na simulação de variáveis hidrológicas, hidrodinâmicas, biogeoquímicas e ecológicas e demonstraram as potencialidades desses modelos em estudos de gerenciamento de qualidade da água. As principais respostas obtidas foram que a alteração dos padrões hidrológicos tem interferência importante na disponibilidade hídrica do reservatório de Itupararanga e de acordo com projeções climáticas espera-se que haja redução dos volumes de precipitação nas próximas décadas. Além disso, comprovou-se que as projeções de aquecimento global têm influência nos padrões de estratificação térmica e estabilidade da coluna de água. A intensificação da estabilidade e aprofundamento da termoclina podem ser de grande risco aos usos múltiplos por alterarem a dinâmica do fitoplâncton e favorecerem a dominância de cianobactérias. Considerando cenários de uso do solo baseados em tendência esperada de ocupação para 2050, diminuição e intensificação de áreas agrícolas e expansão urbana, foram encontrados melhores respostas de qualidade da água para o cenário conservacionista, destacando a importância da conservação e recomposição da Mata Atlântica na proteção do ecossistema aquático. Os resultados dos conjuntos de cenários de projeções climáticas e alterações de uso do solo evidenciaram que ambos drivers são importantes para a dinâmica trófica do reservatório de Itupararanga. Apesar das projeções climáticas, os cenários de redução do desmatamento e aumento das áreas preservadas indicaram tendência de oligotrofização do reservatório. Contudo, devido às projeções indicarem aquecimento global e outras mudanças de forçantes meteorológicas seriam esperados picos mais elevados na disponibilidade de fósforo total e biomassa fitoplanctônica em comparação aos últimos anos. Os resultados apontam a urgência de esforços de manejo para controlar a expansão agrícola e urbana sem controle ambiental na bacia do Alto Sorocaba. Espera-se que os resultados da presente pesquisa possam embasar ações de prevenção à crise hídrica incentivando estratégias de operação da barragem para gestão do volume útil do reservatório, controle da qualidade da água e proteção do ecossistema aquático.

Reservoirs are transitional environments between rivers and lakes that present weaknesses inherent to the construction of dams and that, added to the associated problems, require frequent environmental monitoring. Deterministic modeling has established itself as a promising technology in the study of freshwater ecosystems and water quality. Understanding the various biotic and abiotic interactions and their changes due to external and internal forcing in those water bodies is a challenge for environmental management and water pollution control. Thus, this research has introduced new modeling approaches to study the hydrodynamic and water quality responses of the Itupararanga reservoir (São Paulo, Brazil) under climate change scenarios and alterations in land use and land cover in the watershed. Different couplings of open access tools were used to assess the performance of the methodological approaches, in addition to (1) projections of increased CO₂ emissions to understand how the reservoir water level and thermal regime would respond for the 2020s; (2) trends in land use and land cover in the Alto Sorocaba basin to propose scenarios and analyze water quality responses; and (3) implications on reservoir water quantity and quality based on land use and land cover scenarios and climate projections for the 2050s. The proposed modeling approaches were efficient in simulating hydrological, hydrodynamic, biogeochemical and ecological variables and demonstrated the potential of these models in water quality management studies. The main insights of this research were that changes in hydrological patterns have an important interference in the water availability of the Itupararanga reservoir and, according to climate projections, it is expected that there will be a reduction in precipitation volumes in the coming decades. Furthermore, global warming projections have been shown to influence thermal stratification patterns and water column stability. The intensification of stability and deepening of the thermocline may threaten the reservoir's multiple uses, as they alter the dynamics of phytoplankton and favor the dominance of cyanobacteria. Considering land use scenarios based on the expected occupation trend for the 2050s, reduction and intensification of agricultural areas and urban expansion, there was an improvement in the reservoir water quality for the conservation scenario. Those results highlight the importance of conservation and restoration of the Atlantic Forest in protecting aquatic ecosystems. The results of the sets of climate projections and land use change scenarios showed that both drivers are important for the trophic dynamics of the Itupararanga reservoir. Despite climate projections, the scenarios of reduced deforestation and increase in preserved areas indicated a trend towards oligotrophication. However, as projections indicate global warming and other changes in meteorological forcing, higher peaks in the total phosphorus availability and phytoplankton biomass compared to recent years would be expected. The outcomes point to the urgency of management efforts to control agricultural and urban expansion without environmental management in the Alto Sorocaba basin. It is expected that the results of this research support management actions to prevent the water crisis, encouraging dam operation strategies to manage the reservoir volume, control water quality and protect the aquatic ecosystem.