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Tipo do documento: Tese
Título: Modelagem da dinâmica de algas e cianobactérias em um reservatório de abastecimento
Título(s) alternativo(s): Dynamics modeling of algae and cyanobacteria in a suply reservoir
Autor: Salgado, Aline de Arvelos
Currículo Lattes do Autor: http://lattes.cnpq.br/5882005023181942
Primeiro orientador: Formiga, Klebber Teodomiro Martins
Currículo Lattes do primeiro orientador: http://lattes.cnpq.br/0787413754235970
Primeiro membro da banca: Formiga, Klebber Teodomiro Martins
Segundo membro da banca: Ferreira, Nilson Clementino
Terceiro membro da banca: Nogueira, Ina de Souza
Quarto membro da banca: Silveira, Alexandre
Quinto membro da banca: Cruvinel, Karla Alcione da Silva
Resumo: Reservatório de água lênticos, rasos, com grande área de superfície e longos tempos de retenção hidráulica apresentam condições propícias para o desenvolvimento de cianobactérias. Devido o potencial risco que cianobactérias podem causar a saúde pública, evidencia-se a importância do gerenciamento dos corpos hídricos a fim de controlar as florações tóxicas, principalmente em reservatórios destinados ao abastecimento público. Assim, há uma clara necessidade de desenvolver técnicas que possam auxiliar os monitoramentos existentes, com a possibilidade de estender a área de abrangência em programas de monitoramento. O objetivo geral dessa pesquisa é avaliar um método de monitoramento contínuo e espacial de fitoplâncton, especialmente quanto à presença de cianobactérias, por meio da ficocianina e clorofila “a”, de modo a se ter informações de qualidade da água, para efetuar a previsão de cenários da dinâmica de cianobactérias, empregando modelagem matemática. Para tanto, foi caracterizada a dinâmica e a qualidade das águas do reservatório João Leite, ao longo de 30 meses, por meio de análises dos parâmetros físicos, químicos e biológicos, e índice de estado trófico, a fim de conhecer a sazonalidade da qualidade da água do corpo hídrico e apresentar os principais parâmetros e fatores de alteração da qualidade das águas. Foi proposto um método de monitoramento contínuo e espacial de fitoplâncton, para confecção de mapas de concentrações de clorofila “a” e cianobactérias a partir de imagens do satélite Sentinel-2, com observações in situ e a partir de inferências, para avaliar o desempenho desses em fornecer informações sobre proliferações de cianobactérias. Por último, o modelo CE-QUAL-W2 foi calibrado a partir de dados obtidos em campo, para avaliar a dinâmica da qualidade da água e hidrodinâmica do reservatório. Como resultado, o reservatório João Leite apresentou padrões característicos e semelhantes da variação dos parâmetros em períodos hidrológicos e os resultados demonstraram que o uso e a ocupação do solo refletem nas características da qualidade da água. Na maior parte dos pontos e tempos avaliados, foram apresentadas boa oxigenação das águas e baixas concentrações de nutrientes, sendo comprovados pelos índices de estado trófico. Tanto a clorofila “a” quanto cianobactérias demonstraram correlações entre os dados medidos in situ e os estimados. Os resultados podem ser considerados satisfatórios, uma vez que com os dados de refletância foi possível validar a correção atmosférica e os mapas de estimativa de clorofila “a” e cianobactérias apresentaram os locais e os meses mais propensos à maior proliferação de cianobactérias. Assim, esses resultados demonstram a importância do uso do sensoriamento remoto para o monitoramento da qualidade das águas, uma vez que com o uso dessa ferramenta há maior possibilidade de abrangência de pontos, podendo ter uma visualização sinóptica do ambiente estudado, identificando as áreas mais sujeitas à proliferação de cianobactérias. Os resultados da modelagem indicam que o reservatório tem a tendência a se comportar com estratificação periódicas, sendo que nos meses mais quentes a estratificação é mais evidente e que nos meses mais frios uma mistura da coluna d’água é notada, possivelmente em função de que nesses meses há mais ventos incidentes na região. De um modo geral, os maiores valores de algas e cianobactérias ocorrem nos meses mais quentes, em que há maior incidência solar e ocorre maiores períodos de estratificação térmica. Foi ainda apresentado que a quantidade de algas e cianobactérias na superfície altera a quantidade de oxigênio dissolvido na região da superfície enquanto a demanda por oxigênio sedimentar, pode estar associado tanto ao consumo de oxigênio nos sedimentos quanto pode ser também usada como forma de simular o consumo de oxigênio pela matéria orgânica submersa, que é visível nas áreas mais rasas do reservatório. Dessa forma, foi apresentado que os resultados do modelo CE-QUAL-W2 forneceram uma compreensão abrangente da dinâmica espacial e temporal dos parâmetros analisados durante os períodos modelados. A aplicação deste modelo com a integração do uso de fluorômetros e sensoriamento remoto para a avaliação da qualidade da água, devem ser mais indicados aos gestores de recursos hídricos, para auxiliá-los a entender melhor a dinâmica dos processos físico- químicos e biológicos e principalmente para serem utilizados como um sistema de alertas em casos de florações de cianobactérias, para que possam propor as melhores estratégias de mitigação.
Abstract: Shallow reservoirs, with large surface area and long hydraulic retention times, present conditions conducive to the development of cyanobacteria. Due to the potential risk that cyanobacteria can cause to public health, the importance of the management of water bodies to control the toxic blooms, especially in reservoirs destined to the public supply, is evident. Thus, there is a clear need to develop techniques that can help existing monitoring, with the possibility of extending the area of ​​coverage in monitoring programs. Thus, the present study aimed to combine several methods of data acquisition, mainly obtaining continuously, such as the use of sensors for in situ evaluation of phytoplankton, especially cyanobacteria, through the detection of chlorophyll-a and phycocyanin, as well as the use of remote sensing for phytoplankton monitoring and with this information to build water quality prediction scenarios through mathematical modeling. The procedure aimed to improve data acquisition, especially the spatialization of data. For this purpose, the dynamics and water quality of the João Leite reservoir was characterised over 30 months using physical, chemical and biological parameters and trophic status index, to know the seasonality of the quality of the of the water body and present the main parameters and factors of water quality change. A continuous and spatial phytoplankton monitoring method was proposed for mapping concentrations of chlorophyll- a and cyanobacteria from Sentinel-2 satellite images with in situ and inferential observations to evaluate the performance of these to provide information on cyanobacterial blooms. The CE-QUAL-W2 model was calibrated from field data to evaluate the water quality dynamics and hydrodynamics of the reservoir. As a result, João Leite reservoir presented characteristic and similar patterns of the variation of the parameters in hydrological periods, and the results showed that the use and the occupation of the soil reflect in the characteristics of the quality of the water. In the majority of the evaluated points and times, good oxygenation of the waters and low concentrations of nutrients were demonstrated, being proved by the trophic state indexes. Both chlorophyll-a and cyanobacteria showed correlation between data measured in situ and estimated. The results can considered satisfactory since with the data of reflectance it was possible to validate the atmospheric correction, and the maps of estimate of chlorophyll- a and cyanobacteria presented the places and the months more prone to the greater proliferation of cyanobacteria. Thus, these results demonstrate the importance of the use of remote sensing for the monitoring of water quality, since with the use of this tool there is greater possibility of point coverage, being able to have a synoptic visualisation of the studied environment, identifying the most subject areas to the proliferation of cyanobacteria. The results of the modeling indicate that the reservoir presents periodic stratification, and in the warmer months the stratification is more evident and that in the colder months a mixture of the water column is noticed, possibly due to in those months there are more incidental winds in the region. In general, the highest values ​​of algae and cyanobacteria occur in the warmer months, where there is a higher solar incidence and larger periods of thermal stratification occur. It was also presented that the amount of algae and cyanobacteria on the surface changes the amount of oxygen dissolved in the surface region while the demand for sediment oxygen may be associated with both the oxygen consumption in the sediments and can also be used as a way to simulate the consumption of oxygen by the submerged organic matter, which is visible in the shallower areas of the reservoir. The results of the CE-QUAL-W2 model provided a comprehensive understanding of the spatial and temporal dynamics of the parameters analyzed during the modeling periods. The application of this model with the integration of fluorometers and remote sensing for the evaluation of water quality, should be better suited to water resource managers, to help them better understand the dynamics of physicochemical and biological processes and to be used as a warning system in cases of cyanobacteria blooms and to propose the best mitigation strategies.
Palavras-chave: Sensoriamento remoto
Ficocianina
Cianobactéria
Fitoplâncton
Qualidade da água
CE-QUAL-W2
Remote sensing
Phycocyanin
Cyanobacteria
Phytoplankton
Water quality
Área(s) do CNPq: SANEAMENTO AMBIENTAL::QUALIDADE DO AR, DAS AGUAS E DO SOLO
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal de Goiás
Sigla da instituição: UFG
Departamento: Pró-Reitoria de Pós-graduação (PRPG)
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais (PRPG)
Citação: SALGADO, A. A. Modelagem da dinâmica de algas e cianobactérias em um reservatório de abastecimento. 2018. 161 f. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2018.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/8734
Data de defesa: 22-Jun-2018
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Ambientais (PRPG)

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