Aplicação de Modelos Matemáticos no Estudo da Qualidade da Água

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

2. 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.

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

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

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

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

7. PROBLEMA Com base nas Directivas Europeias, o Estuário do Tejo deve ser classificado como Zona Sensível, no que diz respeito à Eutrofização? 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)

8. 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))

9. PROBLEMA Com base nas Directivas Europeias, o Estuário do Tejo deve ser classificado com Zona Sensível? O tratamento efectuado nas ETARs deve remover Azoto e Fósforo Zona Sensível 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. Definição do Problema

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

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

12. Implementação do Modelo Caixas de Integração Malha Considerada

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

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

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

16. Situação de Referência 5000 5800 Phytoplankton Anual Budgets (Reference Situation) tonC/year 60 7300 10 5700 800 17800 16300 1300 12100 1300 Resultados do Modelo(Fluxos entre Caixas de Integração)

17. Situação de Referência 330 Ammonia Anual Budgets (Reference Situation) ton N/year 1800 700 2100 1400 600 600 80 140 40 3700 670 300 60 4700 5300 150 900 850 Resultados do Modelo(Fluxos entre Caixas de Integração)

18. Situação de Referência 11600 Nitrate Anual Budgets (Reference Situation) tonN/year 11400 1200 11600 1200 100 13000 600 200 300 20 140 880 14500 10 15300 150 850 Resultados do Modelo(Fluxos entre Caixas de Integração)

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

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

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

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

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

24. 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. Efeito pouco significativo na dinâmica do sistema O Estuário do Tejo não é uma Zona Sensível Conclusão do Estudo Uma eficiência de remoção de 100% nas ETARs

25. Notas Finais Utilidade de Modelos Ecológicos • 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