11

Sistema de Modelação Sistema de Modelação MOHIDMOHID

Modelo EcotoxicológicoModelo EcotoxicológicoAplicação à Bacia do TrancãoAplicação à Bacia do Trancão

LIFE02/ENV/P/000416Ana Rosa Trancoso (ana.rosa.maretec@ist.utl.pt)

22

ÍndiceÍndice

1.1. SIG e base de dadosSIG e base de dados

2.2. ModelaçãoModelação

i.i. Sistema MOHID Sistema MOHID

ii.ii. Aplicação: Bacia do TrancãoAplicação: Bacia do Trancão

a)a) HidrodinâmicaHidrodinâmica

b)b) Modelo EcotoxicológicoModelo Ecotoxicológico

c)c) Trabalho em desenvolvimentoTrabalho em desenvolvimento

33

Sistema de Informação GeográficaSistema de Informação Geográfica

Base de Dados:Base de Dados: ArmazenamentoArmazenamento TratamentoTratamento AnáliseAnálise

GeoreferenciaçãoGeoreferenciação PartilhaPartilha

44

Vantagens do SIGVantagens do SIG

Sistematização dos dados experimentaisSistematização dos dados experimentais Partilha na InternetPartilha na Internet Opções de pesquisa e inquérito facilitadas Opções de pesquisa e inquérito facilitadas

pela georeferênciaçãopela georeferênciação Comparação com os resultados da modelaçãoComparação com os resultados da modelação

Estrutura geral permite integração de Estrutura geral permite integração de outros dados e de outros projectos.outros dados e de outros projectos.

55

O que é um Modelo?O que é um Modelo?

Cálculo dos Cálculo dos processos físicosprocessos físicos que ocorrem que ocorrem no meio aquáticono meio aquático

HidrodinâmicaHidrodinâmica

Transporte de propriedades (sedimentos, nutrientes, metais, Transporte de propriedades (sedimentos, nutrientes, metais, etc...)etc...)

Processos específicos de cada propriedade (erosão, deposição, Processos específicos de cada propriedade (erosão, deposição, consumo, etc...)consumo, etc...)

ContinuidadeContinuidade Espacial e Temporal Espacial e Temporal

Simulação de Simulação de CenáriosCenários de Gestão de Gestão

66

http://http://www.mohid.comwww.mohid.com

Ondas

Tipo de Sedimentos

Vel. Queda

Salinidade

Transporte

Processos de deposição/erosão

Extinção da Luz

Matéria em Suspensão

Fitoplâncton Nutrientes

Zooplâncton Bactérias

Caudal do Rio

Maré

Vento

Hidrodinâmica

Propriedade tóxica

Ecotoxicidade

77

Sistema IntegradoSistema Integrado

Mohid Base 1Process, IO and Function modules

Executable

Library

Interprocess Communication

TriangulatorRiver

Network

Mohid Base 2Grid and Atmosphere modules 0D

Main

BasinDelineator

DigitalTerrainCreator

MOHIDWater

Mohid Base 3Soil modules

MOHIDSoil

MOHIDLand

Global Data, Water Quality, Sediment Quality, EnterData, HDF, Functions, Time, LUD, Triangulation, Time Series, ...

Horizontal Grid,Vertical Grid, Atmosphere, Advection Diffusion, ...

Soil, Soil Properties,...

MOHIDGIS

MOHIDGUI

Ficheiros ASCII - MOHID Markup Language

Ficheiros HDF 5 –Dados Matricial 4D

88

Mohid Water – ExemplosMohid Water – Exemplos

Traçadores lagrangeanosTraçadores lagrangeanos Contaminação microbiológicaContaminação microbiológica Dispersão de poluentesDispersão de poluentes

99

Mohid Water – Exemplos IIMohid Water – Exemplos II

Trancão

HidrodinâmicaHidrodinâmica SalinidadeSalinidade

1111

DigitalTerrainCreator

BasinDelineator

Mohid GIS – Interface GráficaMohid GIS – Interface Gráfica

Geração deGeração de Malhas curvilíneasMalhas curvilíneas Modelos digitais de terrenoModelos digitais de terreno BatimetriasBatimetrias

Delimitação de baciasDelimitação de bacias Geração de redes de Geração de redes de

drenagemdrenagem Definição automática de Definição automática de

secções transversaissecções transversais Sobreposição de mapas Sobreposição de mapas

temáticostemáticos Visualização 4DVisualização 4D

3D (x,y,z)3D (x,y,z) Tempo (t)Tempo (t)

1212

Mohid Land – Aplicação ao TrancãoMohid Land – Aplicação ao Trancão

Bacia impermeável Precipitação Outubro 2004

Precipitação [mm/h]

Caudal de escoamento superficial

Caudal na rede fluvial

WaterDepth at Zambujal

0

0.5

1

1.5

2

2.5

1-Out 6-Out 11-Out 16-Out 21-Out 26-Out 31-Out

m

model

station

1313

Transporte de uma Propriedade Genérica Transporte de uma Propriedade Genérica ConservativaConservativa

Descarga de 0.1 m3/s durante 2h Concentração inicial – 1kg/m3

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0 0.5 1 1.5

Days

Co

nc

[kg

/m3] Node_1891

Node_1815

Node_2054

Node_1854

Node_2002

1414

Modelo EcotoxicológicoModelo Ecotoxicológico

Abordagem “top-down”: Abordagem “top-down”: Efluente = mistura de Efluente = mistura de substânciassubstâncias é tratado como é tratado como umauma propriedade conservativa propriedade conservativa

Descarga e transporte de efluentes na rede fluvialDescarga e transporte de efluentes na rede fluvial Cálculo da Ecotoxicidade a partir da diluição do efluente Cálculo da Ecotoxicidade a partir da diluição do efluente

descarregadodescarregado Calibração com os resultados dos bioensaiosCalibração com os resultados dos bioensaios

i

iTtoxicityTotal1

Eco

toxi

cida

de [

TU

]

EC50

0.5

Concentração do efluente

Assumindo que não existe interacção entre os efluentes

1515

Efluentes descarregadosEfluentes descarregados

IF05

IST32

IF03IF35

IP10

W45

IST41

IO08

IO39IC14

IR24

10-5 < Q < 10-4

10-4 < Q < 10-3

10-3 < Q < 10-2-2

Caudal de descarga [m3/s]

1616

Risco potencial de toxicidadeRisco potencial de toxicidade

Considerando todas as descargas com o Considerando todas as descargas com o mesmo caudal mesmo caudal e precipitação e precipitação constante de 1 mm/dia (avaliação da constante de 1 mm/dia (avaliação da capacidade de diluiçãocapacidade de diluição do meio do meio receptor)receptor)

IF05IST32

IF03IF35

IP10

W45

IST41IO08

IO39

IC14

IR24

Menor capacidade de diluição Menor capacidade de diluição Maior ToxicidadeMaior Toxicidade

1717

Risco de Toxicidade para a bacia do Risco de Toxicidade para a bacia do TrancãoTrancão

IF05 IST32

IF03IF35

IP10

W45

IST41IO08

IO39IC14

IR24

Utilizando os Utilizando os caudais reaiscaudais reais de descarga dos efluentes e de descarga dos efluentes e precipitação constante de 1 mm/diaprecipitação constante de 1 mm/dia

Efluentes descarregados em cabeceiras aumentam a toxicidade localmente (IC14; IF05, IF03, IF35)

Têm importância na composição da toxicidade global no meio receptor:

• Efluentes com grande fluxo de descarga (W45)

• Efluentes muito tóxicos independentemente do local de descarga

Constant precipitation simulation

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

IO08 IF35 IP10 IST32 IR24 IF05 IF03 IST41 IC14 IO39 W45

effluents (ordered by increasing discharge flow)

Conc

Tox

Composição da Toxicidade Global à saída

1919

Cenários/Sensibilidade da baciaCenários/Sensibilidade da bacia

CenárioCenário EC50 (%)EC50 (%) Q (m3/s)Q (m3/s)Diminuição da Diminuição da

toxicidade média na toxicidade média na bacia (%)bacia (%)

Pré-diluição do efluente com maior Pré-diluição do efluente com maior toxicidade à saída (IC14)toxicidade à saída (IC14)

99 1.74x101.74x10-3-3 1.21.2

Pré-diluição do efluente com maior Pré-diluição do efluente com maior concentração à saída (W45)concentração à saída (W45)

9090 0.010.01 0.090.09

Pré-diluição de um efluente tóxico Pré-diluição de um efluente tóxico descarregado numa zona descarregado numa zona

intermédia no meio receptor (IST41)intermédia no meio receptor (IST41)1111 7.41x107.41x10-4-4 0.010.01

Pré-diluição de um efluente tóxico Pré-diluição de um efluente tóxico descarregado numa cabeceira (IF05)descarregado numa cabeceira (IF05)

66 4.63x104.63x10-4-4 0.240.24

Descarga de IC14 numa linha de Descarga de IC14 numa linha de água com maior capacidade de água com maior capacidade de

diluiçãodiluição99 1.74x101.74x10-3-3

24.1824.18

2020

Outubro 2004Outubro 2004

Flow & Global Toxicity at the Outlet

0

1

2

3

4

5

6

10-Out 15-Out 20-Out 25-Out 30-Out

mm

/h

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Flo

w [

m3/

s] &

Glo

bal

To

xici

ty [

TU

]

pp

Flow

global toxicity

Quando o caudal aumenta

a toxicidade baixa

Precipitação [mm/h]

2121

Outubro 2004Outubro 2004

Contributions to total toxicity at the outlet

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

IO08 IF35 IP10 IST32 IR24 IF05 IF03 IST41 IC14 IO39 W45

effluents (ordered by increasing discharge flow)

Conc

Tox

2222

Conclusões do Modelo EcotoxicológicoConclusões do Modelo Ecotoxicológico

Situações de ocorrência de Situações de ocorrência de picospicos de toxicidade: de toxicidade: Períodos de secaPeríodos de seca 1º evento de precipitação anual (First Flush Flood)1º evento de precipitação anual (First Flush Flood)

ReduçãoRedução da toxicidade no meio receptor: da toxicidade no meio receptor: Pré-diluição dos efluentesPré-diluição dos efluentes Descargas desfasadas no tempoDescargas desfasadas no tempo Descargas em zonas intermédias da baciaDescargas em zonas intermédias da bacia

Zonas de maior riscoZonas de maior risco na bacia do Trancão: na bacia do Trancão: Zonas sujeitas a descargas tóxicas efectuadas nas cabeceiras das linhas de Zonas sujeitas a descargas tóxicas efectuadas nas cabeceiras das linhas de

água: Ribeira de Loures e Ribeira de Fanhões.água: Ribeira de Loures e Ribeira de Fanhões.

Necessidade de caracterizar bem o sistema contabilizando-Necessidade de caracterizar bem o sistema contabilizando-se as se as principais fontesprincipais fontes de poluição pontual e difusa. de poluição pontual e difusa.

2323

Phytoplankton

Nutrients

Light

Zooplankton

Organic matter

TemperatureBacteria

Nitrite

Ammonia

Nitrate

PON

Phyto Zoo

Nitrification

Nitrification

Respiration & Excretion

Respiration & Moratlity

Higher trophic Levels

Respiration & Excretion

Desnitrific.

DONnr

DONre

Mineralization

Decomposition

Acoplamento de modelos biogeoquímicos (0D)

Trabalho em DesenvolvimentoTrabalho em Desenvolvimento

2424

Modelos de Qualidade da ÁguaModelos de Qualidade da Água WaterQuality

Adaptado do modelo pelágico WASP da EPA, com 15 compartimentos. Bastante utilizado em estuários, zonas costeiras e reservatórios.

CEQUALW2 Adaptado do modelo pelágico e bêntico CEQUALW2, com numero variável de

compartimentos. Duas décadas de utilização em reservatórios, lagos e estuários.

Life 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

2525

Conclusões / Trabalho FuturoConclusões / Trabalho Futuro Base de Dados e GIS são Base de Dados e GIS são

ferramentas úteis que ainda devem ferramentas úteis que ainda devem ser melhoradasser melhoradas

MOHID GIS gera dados de entrada MOHID GIS gera dados de entrada e permite visualizar resultadose permite visualizar resultados

MOHID Land calcula MOHID Land calcula hidrodinâmicahidrodinâmica, , transportetransporte de de propriedades e propriedades e toxicidadetoxicidade de de descargas no meio receptor.descargas no meio receptor.

Trabalho FuturoTrabalho Futuro Finalizar o desenvolvimento do Finalizar o desenvolvimento do

MOHID LandMOHID Land

Acoplar MOHID Water and Acoplar MOHID Water and MOHID Land através de MPIsMOHID Land através de MPIs

Calibração do modelo com Calibração do modelo com resultados de projectosresultados de projectos