Aplicação de Modelos Matemáticos no Estudo da Qualidade da Água Estudo do Fenómeno de Eutrofização Sofia Saraiva

O que é a Eutrofização? Scott Nixon(1995) considera a eutrofização como o aumento dos fluxos de matéria orgânica no meio aquático. Um conjunto de processos naturais que resultam de um aumento da quantidade de nutrientes disponíveis, em particular de fósforo e azoto, o que conduz a um aumento de produtividade, ou seja a um aumento de biomassa no sistema.

Fitoplâncton Azoto Orgânico Respiração Morte Excreção Nitrificação Amónia Respiração Morte Excreção Zooplâncton Produção Primária e o Ciclo do Azoto Mineralização Desnitrificação Azoto Atmosférico Nitrato

Eutrofização / Sistema Eutrofizado EutrofizaçãoFenómeno Natural Enriquecimento excessivo de Nutrientes Geralmente devido a fontes antropogénicas Aceleração artificial dos Processos de Eutrofização Eutrofização Cultural Sistema Eutrofizado

Sintomas de Eutrofização Cultural NUTRIENTES AZOTO FÓSFORO Produção de Biomassa (Seres Autotróficos) Diminuição da Luz Disponível Alteração de Espécies de Algas Aumento da Produção de Matéria Orgânica Perda de Vegetação Submersa Blooms de Algas Tóxicas Diminuição do Oxigénio Dissolvido Perda de Habitat Aumento de BioToxinas Morte de Peixes Odores Desagradáveis Ecossistema em Regressão (Eutrofizado)

Avaliação do estado trófico de um Ecossistema Qual o input de nutrientes máximo permitido para que o sistema não se torne eutrofizado? Objectivo Problema Difícil distinguir entre os sintomas de eutrofização e a dinâmica natural do sistema Compreender o ecossistemaModelos Matemáticos Previsão de impactes sobre o sistema Ferramenta de apoio à decisão

Decisores e Legislação Directiva Quadro da Água (Directiva 2000/60/CE do Conselho, de 23 de Outubro) Reforça a importância da aplicação de algumas directivas anteriores (Artigo 10.º) Directiva do Tratamento da Águas residuais Urbanas (Directiva 91/271/CEE do Conselho, de 21 de Maio) PROBLEMA Com base nas Directivas Europeias, o Estuário do Tejo deve ser classificado como Zona Sensível, no que diz respeito à Eutrofização?

Directiva do Tratamento da Águas residuais Urbanas (Directiva 91/271/CEE do Conselho, de 21 de Maio) Posteriormente alterada pela Directiva 98/15/CEE de 27 de Fevereiro Transposta para o direito nacional – Decreto Lei 152/97 de 19 de Junho (o AnexoII foi posteriormente alterado pelo Decreto-Lei 172/2001 de 26 de Maio) Objectivo - evitar danos ambientais resultantes das descargas de águas residuais urbanas e de águas provenientes de processos industriais Nível de tratamento deve ser primário, secundário ou terciário em função da sensibilidade das águas receptoras Quando as descargas são efectuadas em zonas sensíveis o tratamento deve incluir a remoção de Fósforo e/ou Azoto Total dependendo da situação Zona Sensível (AnexoII, alínea a)) “Lagos naturais de água doce, outras extensões de água doce, estuários e águas costeiras que se revelem eutróficos ou susceptíveis de se tornarem eutróficos num futuro próximo, se não forem tomadas medidas de protecção...” (AnexoII, alínea a)) “... Estuários, baías e outras águas costeiras cujas águas têm uma fraca renovação ou que recebem grandes quantidades de nutrientes..” “...no caso de grandes aglomerações, deve proceder-se à remoção do fósforo e ou azoto, excepto se se demonstrar que a remoção não terá qualquer efeito no nível de eutrofização;...” (Anexo II, alínea a), ponto ii))

Definição do Problema PROBLEMA Com base nas Directivas Europeias, o Estuário do Tejo deve ser classificado com Zona Sensível? Zona Sensível O tratamento efectuado nas ETARs deve remover Azoto e Fósforo Hipótese – Se o Estuário do Tejo for uma zona sensível, então, se considerarmos uma eficiência de 100% no tratamento efectuado nas ETARs, vamos observar diferenças significativas nas várias propriedades em estudo.

Aplicação do Modelo Simulação da Situação de Referência Simulação de um cenário considerando que não existem descargas de ETARs no Estuário do Tejo Definição de Zona Sensível

Descargas no Estuário Quinta da Bomba Rio Tejo Rio Trancão Rio Sorraia Vila Franca de Xira Alverca Alcochete Montijo Moita Alhos Vedros Palhais Mutela Alcântara Portinho da Costa Chelas Rios ETARs

Implementação do Modelo Malha Considerada Caixas de Integração

Resultados do Modelo (Mapas de Distribuição) Fitoplâncton Situação de Referência

Resultados do Modelo (Mapas de Distribuição) Amónia Situação de Referência

Resultados do Modelo (Mapas de Distribuição) Nitrato Situação de Referência

Resultados do Modelo (Fluxos entre Caixas de Integração) Phytoplankton Anual Budgets (Reference Situation) tonC/year Situação de Referência

Resultados do Modelo (Fluxos entre Caixas de Integração) 600 Ammonia Anual Budgets (Reference Situation) ton N/year Situação de Referência

Resultados do Modelo (Fluxos entre Caixas de Integração) Nitrate Anual Budgets (Reference Situation) tonN/year Situação de Referência

Resultados do Modelo (Balanço Global de Azoto no Estuário) Há produção de biomassa O Estuário do Tejo é um sistema eutrófico Situação de Referência

Resultados do Modelo (Comparação de Cenários – Mapas de Distribuição) Teste da Hipótese (100% Eficiência nas ETARs) Situação de ReferênciaCenário sem descargas de ETARs Diferenças pouco significativas

Resultados do Modelo (Comparação de Cenários – Concentração Média nas Caixas) Grande Variação da Quantidade de Nutrientes Pequena Variação na Produção de Biomassa Os nutrientes não são limitantes Teste da Hipótese (100% Eficiência nas ETARs)

Resultados do Modelo (Comparação de Cenários – Concentração Média nas Caixas) Teste da Hipótese (100% Eficiência nas ETARs)

Conclusão Estuário do Tejo funciona como um Sistema de Depuração Há Produção de Biomassa Há Consumo de Nutrientes Maiores Descargas de Nutrientes Maiores Fluxos de Saída do Estuário Limitação pela Luz

Conclusão do Estudo Zona Sensível Hipótese1 – Se o Estuário do Tejo for uma zona sensível, então, se considerarmos uma eficiência de 100% no tratamento efectuado nas ETARs, vamos observar diferenças significativas nas várias propriedades em estudo. Uma eficiência de remoção de 100% nas ETARs Efeito pouco significativo na dinâmica do sistema O Estuário do Tejo não é uma Zona Sensível

Notas Finais Importantes no estudo dos sistemas complexos (exemplo:estuários, albufeiras) Fundamentais para a previsão de impactes sobre um determinado sistema ecológico Importantes ferramentas de apoio à decisão Utilidade de Modelos Ecológicos