La calidad del agua en lagos y embalses: eutrofización y modelo de Vollenweider

Índice

• Contaminación de ríos
• Estudio de la autodepuración. Modelos.
• El caso del oxígeno. Modelo de Streeter-Phelps.
• Otros modelos
• ResumenCaracterísticas físicas de lagos y embalses

Características físicas de lagos y embalses

• Gran volumen de agua -> Alto TRH.
• Hidrodinámica debida al viento.
• Distribución de la temperatura con la profundidad.
• Penetración de la luz.
• Oxígeno disuelto.
• Profundidad VTOTAL/STOTAL > 5 m -> Embalse profundo.

Efectos de un lago sobre la contaminación

Radiación UV 02 vertido 01 -01 Vol.

• DILUCIÓN
• DESTRUCCIÓN DE PATÓGENOS
• SEDIMENTACIÓN
• DEGRADACIÓN M.O. Gran capacidad de AUTODEPURACIÓN
• NITRIFICACIÓN
• REDUCCIÓN DE LA DUREZA (consumo de CO2 por las algas)

El lago como ecosistema

SOL VERTIDOS CON DBO (C) ATMÓSFERA O2 CO 2 O 2 NP ZOOPLANCTON OD ALGAS V OD N P OD OD 1 > BENTOS

Características físicas de los lagos

0 4 T °℃ 0 4 10 20 HIELO TERMOCLINA Invierno Verano z (Profundidad) z (Profundidad) ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA T ºCCaracterísticas físicas de los lagos

Estratificación térmica

SOL ATMÓSFERA EPILIMNIO TºC TERMOCLINA dT dz T~4 ℃ HIPOLIMNIO ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA Características físicas de los lagos

Estratificación térmica con viento

SOL ATMÓSFERA VIENTO EPILIMNIO T ℃ "Verano" TERMOCLINA dT dz No hay mezcla HIPOLIMNIO T~4 ℃ entre capas ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA

Ciclo de nutrientes en el lago profundo

Winter Spring 0ª 4ºC 4℃ 4ª 4ºC 4ºC Autumn Thermocline Summer Ciclo anual en un lago dimíctico (mezcla vertical completa dos veces al año) https://www.climate-policy-watcher.org/lake-ecosystems/density-stratification-and-stability.html

Ciclo de nutrientes en el lago profundo: Verano y Otoño-Invierno

LUZ CLOROFILA (algas) NUTRIENTES OD T.C 0 4 10 20 TERMOCLINA 2 (Profundidad) VERANO: SITUACIÓN "ESTABLE" z (Profundidad) OTOÑO-INVIERNO: REDISOLUCIÓN DE NUTRIENTES

Ciclo de nutrientes en el lago profundo: Primavera-Verano

VERTIDO Turbidez Luz [N,P] embalse [ALGAS] Productividad [N, P] puntual [N, P] embalse Pesca Subproductos M.O.C. N.P PRIMAVERA-VERANO: FLORACIÓN O "BLOOM" DE ALGAS Mezcla puntual N, P, OD Muerte de algas puntual Saprófagos bentos Acumulación estacional [OD] embalse [N,P] fondo [OD] fondo

El problema de la eutrofización

Enriquecimiento en nutrientes > Proliferación vegetal Deterioro progresivo de la calidad del agua Afectación del metabolismo global de las aguas afectadas.

• Gran cantidad de biomasa vegetal
• Pérdida de biodiversidad
• Anoxia en las zonas profundas en época de estratificación
• Pérdida de calidad para distintos usos: baño, captación, etc. EUTROFIZACIÓN NATURAL EUTROFIZACIÓN CULTURAL

Cuantificación de la sensibilidad a la eutrofización

• NO SÓLO CANTIDAD DE NUTRIENTES: también mezcla, luz, ....
• CONDICIONES VARIABLES A LO LARGO DEL AÑO
• SUSTANCIA LIMITANTE? Ley del mínimo o de Liebig: La no presencia de las concentraciones mínimas de un elemento necesario para el proceso limita e inhibe el mismo. En la eutrofización (en peso) 1 P / 7,2 N / 40 C

Modelo de Vollenweider

1. Cuantificar las fuentes de nutrientes en la cuenca
2. Cuantificar las fracciones que llegan al embalse
3. Calcular las cargas sobre el embalse
4. Comparar con las cargas tolerables - peligrosas

Modelo de Vollenweider: Producción de nutrientes

1. Cuantificar las fuentes de nutrientes en la cuenca PRODUCCIÓN DE NUTRIENTES NITRÓGENO FÓSFORO HOMBRE (Kg/hab.año) Detergentes Escorrentía urbana 4.38 10% 0.547 50% - 100% 10% GANADERÍA (Kg/cabeza.año) Equinos 76.80 11.40 Bovinos 70.20 7.65 Ovinos y caprinos 8.93 1.50 Porcino 18.75 5.68 AGRICULTURA (Kg/Ha.año) . Uso de fertilizantes. A determinar en cada zona, como referencia: Francia (?) 37.00 13.10 España (1965) 17.60 2.60 BOSQUE NATURAL (Kg/Ha.año) 3.0 (1.3 -10.2) 0.4 (0.01- 0.9) Modelo de Vollenweider

Modelo de Vollenweider: Lixiviación y migración de nutrientes

1. Cuantificar las fuentes de nutrientes en la cuenca 2. Cuantificar las fracciones que llegan al embalse

• LIXIVIACIÓN DE NUTRIENTES EN SUELO (ej. abonos)
• Nitrógeno 10 - 25 %
• Fósforo 1 - 5 %
• MIGRACIÓN DE NUTRIENTES Cantidad de lo que acaba en el agua que migra al embalse Depende de (sup. cuenca / sup. Embalse), año, etc. 50 - 100 % Modelo de Vollenweider

Modelo de Vollenweider: Cálculo de cargas

1. Cuantificar las fuentes de nutrientes en la cuenca 2. Cuantificar las fracciones que llegan al embalse 3. Calcular las cargas sobre el embalse g/m2/año Modelo de Vollenweider

Modelo de Vollenweider: Cargas tolerables y peligrosas

1. Cuantificar las fuentes de nutrientes en la cuenca 2. Cuantificar las fracciones que llegan al embalse 3. Calcular las cargas sobre el embalse 4. Comparar con las cargas tolerables - peligrosas CARGAS TOLERABLES g/m2.año CARGAS PELIGROSAS g/m2.año PROFUNDIDAD MEDIA DEL EMBALSE N P N P 5 m 1.0 0.07 2.0 0.13 10 m 1.5 0.10 3.0 0.20 50 m 4.0 0.25 8.0 0.50 100 m 6.0 0.40 12.0 0.80 150 m 7.5 0.50 15.0 1.00 200 m 9.0 0.60 18.0 1.20