Comparação entre modelos de eutrofização aplicados aos corpos d'água verticalmente homogêneos

Abstract

Resumo: O processo que provoca o enriquecimento de nutrientes em ambientes aquáticos é chamado de eutrofização. A eutrofização pode ser considerada como uma reação de causas e efeitos, cuja característica principal é a quebra da estabilidade entre a produção de matéria orgânica, o consumo e a decomposição. O fitoplâncton encontra-se na base da cadeia alimentar de ecossistemas aquáticos e serve de alimento a organismos maiores. O objetivo deste trabalho é investigar a influência da circulação hidrodinâmica sobre os processos de crescimento fitoplanctônico em corpos d'água e aplicar formulações para estimar a biomassa do fitoplâncton a partir dos mecanismos relacionados ao transporte, crescimento e perdas de sua biomassa, assim como sua interação com os nutrientes (nitrogênio e fósforo). Foram implementados, em um modelo bidimensional em planta, as reações cinéticas do ciclo do nitrogênio e do ciclo fósforo, utilizando como base as formulações de dois modelos: SisBaHiA® (modelo de qualidade de água) e PCLake (modelo ecológico). Os modelos propostos apresentam a concentração de fitoplâncton com o uso de distintos indicadores clorofila-a (SisBaHiA®) e carbono (PCLake). Um modelo concentrado apresenta que há similaridade no crescimento algal limitado pela presença de nutrientes (amônia, nitrato e fósforo inorgânico), uma vez indicada pela presença de clorofila-a, noutra indicada pela presença de carbono. As reações cinéticas das substâncias foram aplicadas num modelo de transporte advectivo-difusivo para corpos d'água misturados na direção vertical. As formulações que foram implementadas no modelo bidimensional indicaram que o crescimento do fitoplâncton apresenta resultados semelhantes em toda simulação. Palavras-chaves: Modelo de qualidade de água. Fitoplâncton. Clorofila-a. Carbono.

Abstract: The process that causes enrichment of nutrients in aquatic environments is called eutrophication. Eutrophication can be considered as a reaction of causes and effects, whose main characteristic is the breakdown of the stability between the production of organic matter, the consumption and the decomposition. Phytoplankton is at the base of the food chain of aquatic ecosystems and serves as food for larger organisms. The objective of this study is to investigate the influence of hydrodynamic circulation on the phytoplankton growth processes in water bodies and to apply formulations to estimate phytoplankton biomass from the mechanisms related to transport, growth and losses of its biomass, as well as its interaction with nutrients (nitrogen and phosphorus). The kinetic reactions of the nitrogen cycle and the phosphorus cycle were implemented in a two-dimensional model, using two formulations: SisBaHiA® (water quality model) and PCLake (ecological model). The proposed models present the phytoplankton concentration with the use of different chlorophyll-a (SisBaHiA®) and carbon (PCLake) indicators. A concentrated model shows that there is similarity in algal growth limited by the presence of nutrients (ammonia, nitrate and inorganic phosphorus), once indicated by the presence of chlorophyll-a, in another indicated by the presence of carbon. The kinetic reactions of the substances were applied in an advective-diffusive transport model for water bodies mixed in the vertical direction. The formulations that were implemented in the two-dimensional model indicated that the growth of phytoplankton presents similar results in all simulation. K ey-words: Water quality model. Phytoplankton. Chlorophyll-a. Carbon.