0/28 modelaÇÃo de macroalgas em estuÁrios ana rosa rebelo trancoso maretec, ist taguspark...

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MODELAÇÃO DE MACROALGASEM ESTUÁRIOS

Ana Rosa Rebelo TrancosoMARETEC, IST [email protected]

Instituto Superior TécnicoLicenciatura em Engenharia do Ambiente

Modelação Ambiental

MODELAÇÃO DE MACROALGAS EM

ESTUÁRIOS

Instituto Superior Técnico

Licenciatura em Engenharia do Ambiente

Seminários de Modelação Ambiental

Ana Rosa Rebelo TrancosoMARETEC

[email protected]

http://www.mod-ambiental.mohid.com/Seminários.htm

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Importância dos Leitos de Macroalgas:

Base de cadeias tróficas (herbívoras e detríticas)

Ciclagem de nutrientes

Locais de abrigo para peixes, invertebrados e larvas

Indicadores locais da qualidade da água

Interesse económico (agar, alimentos e cosméticos)

Porquê modelar macroalgas?

Avaliar técnicas de gestão de sistemas eutrofizados

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Dragagens

Construções

Agricultura

Efluentes

Contaminantes

Aumento de nutrientesRedução da luz na água

Alteração do escoamento e da dinâmica dos

sedimentos

ToxicidadeBioacumulação

Destruição dos Leitos de Macroalgas

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Sedimento

Coluna de água fitoplâncton

zooplâncton

macroalgasplantas

microfitobentos

bactériasdetritos

ConsumoExcreção nutrientesRemineralização Sedimentação (excreção + morte natural)

microfitobentos

plantasmacroalgas

fitoplâncton

Processos

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Produtor TipoConsumo de Nutrientes

Zonas Predominância

FitoplânctonAlgas microscópicas

na coluna de águaColuna de água

Zona eufótica da coluna de água

MacroalgasAlgas macroscópicas fixas num substrato

Coluna de águaZonas com luz,

substrato rígido adequado

MicrofitobentosAlgas microscópicas sobre um substrato

(biofilmes)Água intersticial

Zonas com luz,Substrato instável

Plantas macrófitas

Plantas vasculares enraizadas num

substratoÁgua intersticial

Zonas com luzSubstrato vasoso

FitoplânctonAlgas microscópicas

na coluna de águaColuna de água

Zona eufótica da coluna de água

MacroalgasAlgas macroscópicas fixas num substrato

Coluna de águaZonas com luz,

substrato rígido adequado

PRODUTORES PRIMÁRIOS

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Amónia

Nitrato

Nitrito

Fito Zoo

MA

DONnr

PON

DONre

Níveis tróficos superiores

Respiração & excreção

Respiração & mortalidade

Respiração & excreção

Mineralização

Decomposição

Bactérias Protozoários

Consumo Libertação

PredaçãoPredação

Desnitrificação

Nitrificação#1

Nitrificação#2

MODELO ECOLÓGICO 0D

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Fitoplâncton Macroalgas

Transportado na coluna de água

Biomassa: kg.m-3 (3D)

C:N:P Redfield 106:16:1

Rápido crescimento e consumo de nutrientes

Limitação pela luz depende de:– coluna de água

Fixas no substrato

Biomassa: kg.m-2 (2D)

C:N:P Atkinson 550:30:1

Lento crescimento e consumo de nutrientes

Limitação pela luz depende de: – coluna de água – nível da água – biomassa no leito

DIFERENÇAS

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Módulo Interface Coluna de água - Sedimento

Propriedades da ÁguaCorrentes

Turbulência

Ondas

Advecção - Difusão

Solutos

Mat. Part. Suspensão Modelo 0D

Qualidade da Água

Processos físicos nos sedimentos

Propriedades do Sedimento

Água intersticial

Fase sólida Modelo 0DQualidade do Sedimento.

MODELO GERAL

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Aproximação Euleriana

MAMA Gmexrt

( )

j

j j j

uD F P

t x x x

TRANSPORTE

MacroalgasMacroalgasPropriedade 2DPropriedade 2D

– taxa de crescimento

r – taxa respiração (endógena + fotorespiração)

ex – taxa excreção

m – taxa mortalidade natural

G – mortalidade por predação

MODELAÇÃO

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- factor limitante: = 0 limitação completa = 1 não há limitação

0

1

0 Luz, Temperatura, Salinidade

Lei de inibição

0

1

0 Luz, Temperatura, Salinidade

Lei de inibição

0

1

0 Nutrientes

Lei de saturação

0

1

0 Nutrientes

Lei de saturação

Luz, Temperatura, Salinidade

Crescimento

salinidadeatemperaturluznutrientes

STIPNMin )(.)(.)(.)(),(.max

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kzoeIzI )(

Lei de Lambert-Beer

dissmatsusppartfitoáguaWC kkkkk

z – profundidade [m]

k – coeficiente de extinção do meio [m-1]

Io – Intensidade radiação incidente [W.m-2]

I – Intensidade radiação transmitida [W.m-2]

Extinção na Coluna de Água

i i ik C

Factores de extinção

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10

Profundidade(m)

I (W

/m^2

)

k=1

K=0.5

K=3

Extinção da Luz – Coluna de água

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),(

1,

lg

lg

águaasmacroa

água

asmacroaMA

MA hhMin

h

hMaxa

k

Biomassa

Altura do Leito

Morfologia

Extinção no Leito de Macroalgas

a – área especifica de auto-ensombramento [m2.kgC-1]

Extinção da Luz – Leito de macroalgas

13/28

optI

I

opt

eI

I

P

P 1

max

Lei de Steele

Io1=Io.e-k1.z1

Ioi=Io(i-1).e-ki.zi

0

z1

zi

h

.1

. / /

0max

( ).

k hMAoi opt oi opt

h I e I I I

MA

P eI dz e e

P k h

lg( , )macroa as águah Min h h

Resposta Fotossintética à Luz

14/28

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

31-5-0012:00

1-6-00 0:00 1-6-00 12:00 2-6-00 0:00 2-6-0012:00

3-6-00 0:00 3-6-0012:00

Y(I

) MA

PHYTO

Como o leito de macroalgas está no

fundo, recebe sempre menos radiação que

o fitoplâncton...

No Verão, a intensidade da

radiação é maior mas pode haver

fotoinibição...-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136

Y(I

) MA - w inter

MA - summer

Factores Limitantes da Luz

15/28

Oxigénio

7.8

7.9

8

8.1

8.2

8.3

8.4

8.5

8.6

8.7

8.8

31-12-99 12:00 1-1-00 0:00 1-1-00 12:00 2-1-00 0:00 2-1-00 12:00 3-1-00 0:00 3-1-00 12:00

mg

O2/

L

com macroalgas

sem macroalgas"

Oxigénio

7.7

7.75

7.8

7.85

7.9

7.95

8

8.05

8.1

8.15

31-12-99 12:00 1-1-00 0:00 1-1-00 12:00 2-1-00 0:00 2-1-00 12:00 3-1-00 0:00 3-1-00 12:00

mg

O2/

L

com macroalgas

sem macroalgas

Os leitos de macroalgas aumentam os gradientes diários

de oxigénio

Se se aumentar a extinção de luz na água, podem-se gerar situações anóxicas

Oxigénio

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critMA

POM

Consequências:

Desaparecimento do leito

Maior extinção da luz

Maior consumo de oxigénio

FluxDep 5 mg.m-2.s-1

ZONAS DE ESTABELECIMENTO

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Casos de Estudo

• Estuário do Tejo (profundo, tr = 25d)

• Ria de Aveiro (shallow, tr = 20d)

• Estuário do Mondego (tr = 3d)

Sistemas Eutróficos:

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Previsão dinâmica das zonas de estabelecimento de macroalgas

Parametrização simples permite fácil calibração

Possibilidade de simular diferentes morfologias e comportamentos do leito

Acoplamento a um modelo hidrodinâmico 3D permite simular:

diferentes cenários num mesmo sistema

diferentes sistemas topográficos e climatográficos

transporte da matéria orgânica libertada

CONCLUSÕES

– Modelo desenvolvido no âmbito do Trabalho Final de Curso em Engª Ambiente

– 2003 Trancoso, A. R.; Saraiva, S.; Fernandes, L.; Pina, P.; Leitão, P.; Neves, R.; Modelling Macroalgae using a 3D hydrodynamic-ecological model in a shallow temperate estuary. (in press na Ecological Modelling)

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MODELAÇÃO DE MACROALGASEM ESTUÁRIOS

Ana Rosa Rebelo TrancosoMARETEC, IST [email protected]

Instituto Superior TécnicoLicenciatura em Engenharia do Ambiente

Modelação Ambiental

FIM

Instituto Superior Técnico

Licenciatura em Engenharia do Ambiente

Seminários de Modelação Ambiental

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PrimaveraInverno

Estuário do Tejo

Tempo de residência ~25 dias

Profundidades elevadas

Turbidez elevada

Fitoplâncton

21/28

Estuário do Tejo – Traçadores lagrangeanos

22/28

Estuário do Tejo – Traçadores lagrangeanos

23/28

ILHAVOMIRA

ESPINHEIRO

S.JACINTO/OVAR

MURTOSA

CASTER

ANTUÃ

VOUGA

BOCO

DRAINS

Ria de Aveiro

Tempo de residência = 20 dias

Área intertidal extensa

Sistema eutrófico

24/28

Ria de Aveiro

Fitoplâncton

Macroalgas

25/28

Ammonia

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

J F M A M J J A S O N D

Co

nc

en

tra

tio

n [

mg

N/L

]

WITH MacroAlgae WITHOUT MacroAlgae

Nitrate

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2


Co

nc

en

tra

tio

n [

mg

N/L

]


Oxygen

0

2

4

6

8

10

12

14


Co

nc

en

tra

tio

n [

mg

O2/

L]


MacroAlgae

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

J F M A M J J A S O N D J F M A M J A S O N D J F M A M J J A S O N D

[kg

/m2 ]

Ria de Aveiro – Efeitos na qualidade da água

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Estuário do Mondego

Situação Real: Tempo de residência = 3 dias Assoreamento da comunicação Proliferaçao de macroalgas no braço sul

Cenário: Abertura da Comunicação Mais mistura no braço sul Menor quantidade de macroalgas

Conclusão:Medida eficiente no

combate à Eutrofização

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