Sistema de Modelação
MOHID
Modelo Ecotoxicológico
Aplicação à Bacia do Trancão
Ana Rosa Trancoso ([email protected])
LIFE02/ENV/P/000416
1
Índice
1. SIG e base de dados
2. Modelação
i.
Sistema MOHID
ii. Aplicação: Bacia do Trancão
a) Hidrodinâmica
b) Modelo Ecotoxicológico
c) Trabalho em desenvolvimento
2
Sistema de Informação Geográfica



Base de Dados:
 Armazenamento
 Tratamento
 Análise
Georeferenciação
Partilha
3
Vantagens do SIG

Sistematização dos dados experimentais

Partilha na Internet

Opções de pesquisa e inquérito facilitadas
pela georeferênciação

Comparação com os resultados da modelação

Estrutura geral permite integração de
outros dados e de outros projectos.
4
O que é um Modelo?

Cálculo dos processos físicos que ocorrem
no meio aquático



Hidrodinâmica
Transporte de propriedades (sedimentos, nutrientes, metais,
etc...)
Processos específicos de cada propriedade (erosão, deposição,
consumo, etc...)

Continuidade Espacial e Temporal

Simulação de Cenários de Gestão
5
http://www.mohid.com
Caudal do Rio
Maré
Hidrodinâmica
Vento
Transporte
Ondas
Tipo de Sedimentos
Processos de
deposição/erosão
Matéria em
Suspensão
Vel. Queda
Extinção da Luz
Salinidade
Nutrientes
Propriedade
tóxica
Fitoplâncton
Ecotoxicidade
Bactérias
Zooplâncton
6
Sistema Integrado
MOHID
Soil
Executable
MOHID
Land
MOHID
GUI
Library
Interprocess
Communication
Triangulator
River
Network
MOHID
GIS
Basin
Delineator
Digital
Terrain
Creator
MOHID
Water
Mohid Base 3
Soil modules
Soil, Soil Properties,...
Ficheiros ASCII - Mohid Base
Ficheiros
HDF
2
MOHID Markup
5 –Dados
Grid and Atmosphere
modules
Language
Matricial 4D
Horizontal Grid,Vertical Grid, Atmosphere, Advection Diffusion, ...
0D
Main
Mohid Base 1
Process, IO and Function modules
Global Data, Water Quality, Sediment Quality, EnterData, HDF, Functions, Time, LUD, Triangulation, Time Series, ...
7
Mohid Water – Exemplos

Traçadores lagrangeanos


Contaminação microbiológica
Dispersão de poluentes
8
Mohid Water – Exemplos II


Hidrodinâmica
Salinidade
Trancão
9
Mohid GIS – Interface Gráfica

Geração de

Malhas curvilíneas

Modelos digitais de terreno

Batimetrias

Delimitação de bacias

Geração de redes de
drenagem

Definição automática de
secções transversais

Sobreposição de mapas
temáticos

Visualização 4D

3D (x,y,z)

Tempo (t)
Digital
Terrain
Creator
Basin
Delineator
11
Mohid Land – Aplicação ao Trancão
WaterDepth at Zambujal
2.5
Precipitação
[mm/h]
2
model
m
1.5
 Bacia impermeável
 Precipitação Outubro 2004
station
1
Caudal de escoamento superficial
0.5
0
1-Out
Caudal na rede fluvial
6-Out
11-Out
16-Out
21-Out
26-Out
31-Out
12
Transporte de uma Propriedade Genérica
Conservativa

Descarga de 0.1 m3/s durante 2h
 Concentração inicial – 1kg/m3
0.12
Conc [kg/m3]
0.1
Node_1891
0.08
Node_1815
0.06
Node_2054
Node_1854
0.04
Node_2002
0.02
0
0
0.5
1
1.5
Days
13
Modelo Ecotoxicológico
Abordagem “top-down”: Efluente = mistura de

substâncias é tratado como uma propriedade conservativa
Descarga e transporte de efluentes na rede fluvial

Cálculo da Ecotoxicidade a partir da diluição do efluente
descarregado

Calibração com os resultados dos bioensaios
Ecotoxicidade [TU]

Total toxicity  Ti
1
i
0.5
Assumindo que não existe interacção
entre os efluentes
EC50
Concentração do efluente
14
Efluentes descarregados
Caudal de descarga [m3/s]
10-5 < Q < 10-4
10-4 < Q < 10-3
10-3 < Q < 10-2
IF05
IST32 IP10
IST41
IO08
IF03
IF35
IC14
IO39
W45
IR24
15
Risco potencial de toxicidade

Considerando todas as descargas com o mesmo caudal e precipitação
constante de 1 mm/dia (avaliação da capacidade de diluição do meio
receptor)
IF05
IST32
IP10
IO08
IF03
IF35
IST41
IO39
IC14
W45
IR24
Maior Toxicidade
Menor capacidade de diluição
16
Risco de Toxicidade para a bacia do
Trancão
Constant precipitation simulation
Composição da Toxicidade Global à saída
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004

0.003
0.002
0.001
0
Conc
Utilizando os caudais reais de descarga dos efluentes e
precipitação constante de 1 mm/dia
Tox
IO08
IF35
IP10
IST32 IR24
IF05
IF03 IST41 IC14
IO39
W45
effluents (ordered by increasing discharge flow)
Efluentes descarregados em
cabeceiras aumentam a
toxicidade localmente (IC14;
IF05, IF03, IF35)
IF05 IST32
IP10
IO08
IF03
IF35
IST41
IO39
IC14
Têm importância na
composição da toxicidade
global no meio receptor:
• Efluentes com grande fluxo
de descarga (W45)
W45
IR24
• Efluentes muito tóxicos
independentemente do local
de descarga
17
Cenários/Sensibilidade da bacia
Cenário
EC50 (%)
Q (m3/s)
Diminuição da
toxicidade média na
bacia (%)
Pré-diluição do efluente com maior
toxicidade à saída (IC14)
9
1.74x10-3
1.2
Pré-diluição do efluente com maior
concentração à saída (W45)
90
0.01
0.09
Pré-diluição de um efluente tóxico
descarregado numa zona
intermédia no meio receptor (IST41)
11
7.41x10-4
0.01
Pré-diluição de um efluente tóxico
descarregado numa cabeceira (IF05)
6
4.63x10-4
0.24
Descarga de IC14 numa linha de
água com maior capacidade de
diluição
9
1.74x10-3
24.18
19
Outubro 2004
Flow & Global Toxicity at the Outlet
5
mm/h
4
8
pp
7
Flow
6
global toxicity
5
3
4
3
2
2
1
0
10-Out
1
0
15-Out
20-Out
25-Out
30-Out
Precipitação
[mm/h]
Quando o caudal
aumenta
a toxicidade baixa
20
Flow [m3/s] & Global Toxicity [TU]
6
Outubro 2004
Contributions to total toxicity at the outlet
0.7
0.6
0.5
0.4
Conc
0.3
Tox
0.2
0.1
0
IO08
IF35
IP10 IST32 IR24
IF05
IF03
IST41 IC14
IO39
W45
effluents (ordered by increasing discharge flow)
21
Conclusões do Modelo Ecotoxicológico



Situações de ocorrência de picos de toxicidade:

Períodos de seca

1º evento de precipitação anual (First Flush Flood)
Redução da toxicidade no meio receptor:

Pré-diluição dos efluentes

Descargas desfasadas no tempo

Descargas em zonas intermédias da bacia
Zonas de maior risco na bacia do Trancão:


Zonas sujeitas a descargas tóxicas efectuadas nas cabeceiras das linhas
de água: Ribeira de Loures e Ribeira de Fanhões.
Necessidade de caracterizar bem o sistema
contabilizando-se as principais fontes de poluição
pontual e difusa.
22
Trabalho em Desenvolvimento
Acoplamento de modelos biogeoquímicos (0D)
Respiration &
Excretion
Phytoplankton
Ammonia
Nitrification
Phyto
Nitrification
Zoo
Zooplankton
Mineralization
DONnr
Nutrients
Nitrite
Light
Respiration
& Excretion
DONre
Organic
Higher
mattertrophic
Levels
Decomposition
Nitrate
Bacteria PON
Desnitrific.
Temperature
Respiration
& Moratlity
23
Modelos de Qualidade da Água

WaterQuality


CEQUALW2


Adaptado do modelo pelágico e bêntico CEQUALW2, com numero
variável de compartimentos. Duas décadas de utilização em
reservatórios, lagos e estuários.
Life


Adaptado do modelo pelágico WASP da EPA, com 15 compartimentos.
Bastante utilizado em estuários, zonas costeiras e reservatórios.
Modelo pelágico que inclui ciclos bacterianos e estequiometria variável
(Tese PhD)
SedimentQuality

Modelo que simula o ciclo biogeoquímico do carbono e azoto em
meios não saturados com ciclos bacterianos e estequiometria variável,
baseado em RZWQM/OMNI
24
Conclusões / Trabalho Futuro

Base de Dados e GIS são
ferramentas úteis que ainda devem
ser melhoradas

MOHID GIS gera dados de entrada
e permite visualizar resultados

MOHID Land calcula
hidrodinâmica, transporte de
propriedades e toxicidade de
descargas no meio receptor.

Trabalho Futuro

Finalizar o desenvolvimento do
MOHID Land

Acoplar MOHID Water and
MOHID Land através de MPIs

Calibração do modelo com
resultados de projectos
25