Zero-dimensional modelling and total maximum daily loads as tools for reservoir planning and management

Abstract

Resumo: Modelos de qualidade da água são frequentemente aplicados para apoiar as definições de planejamento e gestão de recursos hídricos. Este processo requer dados apropriados para calibrar e fazer o processo de verificação necessário para análise de validação. No entanto, em alguns estudos de caso, não há dados suficientes para executar um modelo complexo de qualidade da água, seja qual for o sistema de água, seja rio ou reservatório. No contexto de dados escassos, a busca por modelos simples de qualidade da água é uma alternativa para compreender o comportamento da qualidade da água. Nesta pesquisa, um modelo zerodimensional não-permanente de qualidade de água foi desenvolvido e aplicado utilizando séries sintéticas de concentrações de fósforo para um reservatório brasileiro. Os resultados dos modelos zero-dimensionais desenvolvidos nesta pesquisa foram comparados aos resultados de um modelo tridimensional, a fim de verificar se esta metodologia pode ser uma alternativa mais simples ao modelo tridimensional complexo. Os resultados semelhantes dos modelos zerodimensional (0D) e tridimensional (3D) mostram que os esquemas numéricos simplificados são importantes ferramentas potenciais a serem consideradas para a análise inicial da dinâmica da qualidade da água em reservatórios e para fins de gestão.

Abstract: Water quality models are often applied to support the definitions for water resources planning and management. This process requires appropriate data to calibrate and make the required verification process for validation analysis. However, in some case studies, there is not enough data to run a complex water quality model whatever is the water system, being river or reservoir. In the context of scarce data, the search for a simple water quality model is an alternative to comprehend the water quality behavior of the water system. In this research, an unsteady zero-dimensional (0D) water quality model was developed and applied using synthetic series of phosphorus concentrations for a Brazilian reservoir. The results of the zero-dimensional models developed in this research were compared to the results of a three-dimensional water quality model, in order to verify if this methodology can be a simpler alternative to a complex three-dimensional model. The similar results of the zero-dimensional (0D) and three-dimensional (3D) models show the simplified numerical schemes are important potential tools to be considered for initial analysis of water quality dynamics in reservoirs and for management purposes.