Eutrofización Contaminación por nutriente vegetale de itema acuático Referencia Chapra, 1997. Surface Water Quality Modelling. McGraw-Hill Thomann & Mueller, 1987. Principle of urface water quality modeling and control. Harper & Row, 1987. Cooke y otro. 1993. Retoration and Management of Lake and Reervoir. Lewi Publiher. Orozco y otro. 2003. Contaminación Ambiental. Una viión dede la Química. Thompon. 1
Specola Vaticana (Catel Gandolfo), 1860 Fray A. Secchi Lake Mendota, Winconin 2
Lake Tahoe, CA-NV 3
Lake Tahoe, CA-NV La eutrofización e. la compleja ecuencia de cambio biogeoquímico que e producen en maa de agua, iniciado como conecuencia del enriquecimiento de eta agua con nutriente vegetale de origen antrópico 4
Lake Mendota, Winconin Lake Tahoe, CA-NV 5
Gráfico de carga de P 10.0 Carga anual de P (g/m 2 /año) 1.0 Lake Mendota Lake Tahoe 0.1 Profundidad media (m) Vollenweider (1968) Lake Mendota Lake Tahoe 6
Vollenweider (1975) Carga de agua zonal (q ) = Vollenweider (1976) q ( 1 + τ w ) Carga de agua zonal (q ) = 7
Gráfico de carga y balance de P V dp dt = W Qp v Ap p = concentración de P en la columna de agua t = tiempo V = volumen (coniderado contante y bien mezclado) W = carga de P (mg año -1 ) Q = caudal de alida A = área uperficial (m 2 ) v = velocidad de edimentación aparente (5-20 m año -1 ) Vollenweider (1976) y Chapra (1975) y en equilibrio 0 = W Qp v Ap p = p W Q + v [ Q / A + v ] SI uponemo que (1) un lago e meotrófico i la concentración de fóforo total p = 10-20 mg/m 3, y que (2) v = 12.4 m año -1 y repreentamo gráficamente L p v. q A = W A p = log L p = log p + log( q + v ) q L + v 1 8
Y lo gráfico de carga de Vollenweider (1976)? L v. p q (1 + τ ) w 9
Relacione PT / chl-a Bartch & Gaktatter (1978) log( Chla) = 0.807 log( p) 0.194 Rat & Lee (1978) log( Chla) = 0.76 log( p) 0.259 Dillon & Riggler (1974) log( Chla) = 1.449log( pv ) 1.136 Chla = Concentrac ión de clorofila - a ( µ g / L) p v = conc. de fóforo total en privamera ( µ g / L) p = concentrac ión media anual de P ( µ g / L) log( Chla) = 0.807 log( p) 0.194 Diperión!!! Bartch & Gaktatter (1978) 10
Relacione SD /Chl-a Rat & Lee (1978) log( SD) = 0.473log( Chla) + 0.803 6.35 SD = Chla 0.473 Porqué una función hiperbólica? I = I0 exp[ kez] SD = prof. a la que I = 0.15 I 0 k e = k wc + α[chla] 1 SD = 1+ µ Chla SD max Chla = Conc. declorofila-a ( µ g / L); SD = Prof. dicodesecchi( m) Relacione SD /Chl-a log( SD) = 0.473log( Chla) + 0.803 Rat & Lee (1978) 11
Eutrofización, N y P: nutriente limitante en itema acuático Si N:P > 7.2 el P e limitante Si N:P < 7.2 el N e limitante Qué nutriente e el limitante? Fóforo o nitrógeno? (agua reiduale urbana) (p.ej. Drenaje de uelo agr) Ecoitema marino 12
TN:TP 35 TN:TP 88 1.6 millone de Tn de N / año!!! 13
El 25 % del Mar Báltico e un un deierto biológico 14
Para qué irven lo gráfico de carga? Lago Wahington El cao de Lake Wahington, WN (EEUU) 15
Lago Wahington (EEUU) El cao de Shagawa Lake, MN (EEUU) Dato de 1967 a 1972 Volumen 53 x 10 6 m 3 Área 9.6 x 10 6 m 2 Prof. media 5.5 m T R 0.625 año Carga PT (W 0 ) 6692 x 10 6 mg/año Salida de PT 4763 x 10 6 mg/año Conc. PT en agua 56.3 mg/m 3 Proyecto de recuperación Carga PT (W 1 ) 1331 x 10 6 mg/año Conc. PT en agua? Tiempo de recuperación? La realidad Depué de 3 año, la concentración de PT tán olo e había reducido a 35 mg/m 3 Fuente de nutriente DIRECTAS Fuente EXTERNAS CUENCA P Fuente INTERNAS 16
Balance de P incluyendo al edimento como fuente interna Carga Fóforo total Salida (lavado) Reciclado Depoición Fóforo total Conolidación ( burial ) Balance de P incluyendo al edimento como fuente interna dp V dt dp2 V dt 1 1 = Win Wout v A p1 + vr A p2 2 = v A p1 vr A p2 vb A p2 En etado etacionario 0 = W v A p in Wout v A p1 + 1 Difícile de medir Calibración 0 = v A p v A p v A p r r 2 2 b 2 17
Lago Wahington (EEUU) El cao de Shagawa Lake, MN (EEUU) Dato de 1967 a 1972 Volumen 53 x 10 6 m 3 Área 9.6 x 10 6 m 2 Prof. media 5.5 m T R 0.625 año Carga PT (W 0 ) 6692 x 10 6 mg/año Salida de PT 4763 x 10 6 mg/año Conc. PT en agua 56.3 mg/m 3 v 42.2 m/año Área del edimento 4.8 x 10 6 m 2 Cond. PT en edimento 500000 mg /m 3 Calcular la velocidad de conolidación, la magnitud de la carga interna, y el valor de la concentración de equilibrio para el ecenario de carga reducida (W 1 = 1311 x 10 6 mg/año) Mecanimo de removilización (1) Reupenión del edimento por corriente u oleaje - mecanimo fíico, importante en itema omero (2) Diolución y poterior difuión del P en forma oluble a la columna de agua. E un mecanimo químico, y por tanto, = f (temp., potencial redox). Para la diolución del P e neceitan condicione de anoxia y potencial redox negativo en el agua Porqué deaparece el oxígeno de la columna de agua? 18
Embale de Bermejale Caracterítica del embale Superficie = 562 ha Volumen = 103 hm 3 Aporte = 64,40 hm 3 /año Cota máx. = 829 m..n.m / mín. = 764 m..n.m Uo del agua deembalada (778 m..n.m) Riego (60 hm 3, 7550 ha.) Generación de electricidad Caudal ecológico: 0.250 m 3 / Abatecimiento (1.65 hm 3, 18000 hab. de la Mancomunidad de Municipio del Bajo Genil) Mal abor/olor, y ólido en upenión en el grifo (otoño)! 19
EPILIMNION METALIMNION Agoto 2007 Demanda de O 2 500 kg O 2 /día HIPOLIMNION Por unidad de área AHOD (µe/m 2 /) 20
13 ept. 2007 21
Velocidad de reciclado En el ejemplo de Shagawa Lake ólo calculamo la carga interna y no la v r, porque éte ólo e produce en momento de anoxia. Calcular v r conocer (1) Duración de la etratificación (2) Ritmo al que e conume el oxígeno en el agua, AHOD = f (PT, temperatura) (1)+(2) Duración de lo período de anoxia (3) Ritmo de reciclado que dependerá de la temperatura Balance de oxígeno y AHOD do dt = AHOD H h Demanda uperficial hipolimnética de O 2 (g/m 2 /d) Epeor del hipolimnion (m) AHOD O( t) O( t ) = ( t t ) H h Etablecimiento de la etratificación conc. de oxígeno en el momento de la etratificación ( 8 mg/l) Si O(t) = 1.5 mg/l (anoxia) t t = tiempo para etablecimiento de anoxia dede el momento en que e produce la etratificación O( t ) O( t) ( t t ) = H AHOD h 22
P y AHOD (Rat & Lee, 1978) L AHOD = 0.086 q (1 + p τ w 0.467 20 θ T ( θ 1.08) Influencia de la temp. (T o C) p Ejemplo Shagawa Lake, MN Lago dimíctico (do período de etratificación) - Mezcla en primavera - día 120 - Etratificación en verano día 150 - Mezcla en otoño día 255 - Etratificación en invierno día 320 Epeor de hipolimnion 2.2. m Temp. hipolimnion (verano) 15 o C Temp. hipolimnion (invierno) 4 o C Carga interna (promedio anual) 9476 x 10 6 mg/año 23