1

EutrofizaciónContaminación por nutrientes

vegetales de sistemas

acuáticos

Referencias

• Chapra, 1997. Surface Water Quality Modelling. McGraw-Hill

• Thomann & Mueller, 1987. Principles of surfacewater quality modeling and control. Harper & Row, 1987.

• Cooke y otros. 1993. Restoration andManagement of Lakes and Reservoirs. LewisPublishers.

• Orozco y otros. 2003. Contaminación Ambiental. Una visión desde la Química. Thompson.

2

Specola Vaticana (Castel Gandolfo), 1860

Fray A. Secchi

Lake Mendota, Winsconsin

3

Lake Tahoe, CA-NV

4

Lake Tahoe, CA-NV

.… la compleja secuencia de

cambios biogeoquímicos que se

producen en masas de agua,

iniciados como consecuencia del

enriquecimiento de esta agua con

nutrientes vegetales de origen

antrópico

La eutrofización es …

5

Lake Mendota, Winsconsin

Lake Tahoe, CA-NV

6

Car

ga a

nual

de

P (

g/m

2 /añ

o)

0.1

1.0

10.0

Profundidad media (m)

Gráficos de cargas de P

Lake Mendota

Lake Tahoe

Vollenweider (1968)

Lake Tahoe

Lake Mendota

7

Vollenweider (1975)

Carga de agua zonal (qs) =

Vollenweider (1976)

Carga de agua zonal (qs) =)1( wsq τ+

8

Gráficos de carga y balances de P

p = concentración de P en la columna de agua

t = tiempo

V = volumen (considerado constante y bien mezclado)

W = carga de P (mg año-1)

Q = caudal de salida

A = área superficial (m2)

vs = velocidad de sedimentación aparente (5-20 m año-1)

Vollenweider (1976) y Chapra (1975)

ApvQpWdt

dpV s−−=

y en equilibrio …

SI suponemos que …

(1) un lago es mesotrófico si la concentración de

fósforo total p = 10-20 mg/m3, y que

(2) vs = 12.4 m año-1

y representamos gráficamente Lp vs. qs

[ ]ss

svAQA

W

AvQ

WpApvQpW

+=

+=⇒−−=

/

10

ss

p

vq

Lp

+= )log(loglog ssp vqpL ++=

9

)1( vs. wsp qL τ+¿Y los gráficos de carga de Vollenweider (1976)?

10

Bartsch & Gakstatter (1978)

Relaciones PT / chl-a

194.0)log(807.0)log( −= pChla

Rast & Lee (1978)

259.0)log(76.0)log( −= pChla

Dillon & Riggler (1974)

136.1)log(449.1)log( −= vpChla

)/( P de anual mediaión concentrac

)/( privameraen totalfósforo de conc.

)/( a-clorofila deión Concentrac

Lgp

Lgp

LgChla

v

µ

µ

µ

=

=

=

Bartsch & Gakstatter (1978)

194.0)log(807.0

)log(

−

=

p

Chla¡¡¡Dispersión!!!

11

Rast & Lee (1978)

Relaciones SD /Chl-a

803.0)log(473.0)log( +−= ChlaSD

)( Secchi de disco Prof. );/( a-clorofila de Conc. mSDLgChla == µ

473.0

35.6

ChlaSD =

]exp[0 zkII e−=

¿Porqué una función hiperbólica?

][Chlakk wce α+=

0I 0.15 I que la a prof. SD ==max

1

1SD

ChlaSD

µ+=

Rast & Lee (1978)

803.0)log(473.0

)log(

+−

=

Chla

SD

Relaciones SD /Chl-a

12

Eutrofización, N y P: nutrientes limitantes en sistemas acuáticos

Si N:P > 7.2 ���� el P es limitanteSi N:P < 7.2 ���� el N es limitante

(aguas residuales urbanas)

Ecosistemas marinos(p.ej. Drenaje de suelos agr)

¿Qué nutriente es el limitante?

¿Fósforo o nitrógeno?

13

TN:TP ≈ 35

TN:TP ≈ 88

1.6 millones de Tn de N / año!!!

14

El 25 % del Mar Báltico es un

un desierto biológico

15

¿Para qué sirven los gráficos

de cargas?

Lago Washington (EEUU)

El caso de Lake Washington, WN

16

Lago Washington (EEUU)El caso de Shagawa Lake, MN (EEUU)

Volumen 53 x 106 m3

Área 9.6 x 106 m2

Prof. media 5.5 mTR 0.625 añosCarga PT (W0) 6692 x 106 mg/añoSalida de PT 4763 x 106 mg/añoConc. PT en agua 56.3 mg/m3

Datos de 1967 a 1972

Carga PT (W1) 1331 x 106 mg/añoConc. PT en agua ¿?Tiempo de recuperación ¿?

Proyecto de recuperación

Después de 3 años, la concentración de PT tán solo se había reducido a 35 mg/m3

La realidad

Fuentes INTERNAS

Fuentes de nutrientes

P

Fuentes EXTERNAS

CUENCA

DIRECTAS

17

Balances de P incluyendo al

sedimento como fuente interna

Cargas Salidas(lavado)

Fósforo total

Dep

osic

ión

Fósforo total

Consolidación (‘burial’)

Rec

icla

do

Balances de P incluyendo al

sedimento como fuente interna

211

1 pAvpAvWWdt

dpV srssoutin +−−=

2212

2 pAvpAvpAvdt

dpV sbsrss −−=

Difíciles de medir � Calibración

210 pAvpAvWW srssoutin +−−=

221 0 pAvpAvpAv sbsrss −−=

En estado estacionario

18

Lago Washington (EEUU)El caso de Shagawa Lake, MN (EEUU)

Volumen 53 x 106 m3

Área 9.6 x 106 m2

Prof. media 5.5 mTR 0.625 añosCarga PT (W0) 6692 x 106 mg/añoSalida de PT 4763 x 106 mg/añoConc. PT en agua 56.3 mg/m3

vs 42.2 m/añoÁrea del sedimento 4.8 x 106 m2

Cond. PT en sedimento 500000 mg /m3

Datos de 1967 a 1972

Calcular la velocidad de consolidación, la magnitud de la carga interna, y el valor de la concentración de equilibrio para el escenario de cargas reducidas (W1 = 1311 x 106 mg/año)

Mecanismos de removilización

(1) Resuspensión del sedimento por corrientes u oleaje - mecanismo físico, importante en sistemas someros

(2) Disolución y posterior difusión del P en forma soluble a la columna de agua. Es un mecanismo químico, y por tanto, = f (temp., potencial redox). Para la disolución del P se necesitan condiciones de anoxia y potencial redoxnegativo en el agua ¿Porqué desaparece el oxígeno de la columna de agua?

19

Embalse de BermejalesEmbalse de BermejalesEmbalse de BermejalesEmbalse de Bermejales

Características del embalse

� Superficie = 562 has� Volumen = 103 hm3

� Aportes = 64,40 hm3/año

� Cota máx. = 829 m.s.n.m / mín. = 764 m.s.n.m

Usos del agua desembalsada (778 m.s.n.m)

� Riego (60 hm3, 7550 has.)� Generación de electricidad� Caudal ecológico: 0.250 m3/s� Abastecimiento (1.65 hm3, 18000 hab. de la Mancomunidad de

Municipios del Bajo Genil)

¡Mal sabor/olor, y sólidos en suspensión en el grifo (otoño)!

20

Agosto 2007

Demanda de O2

≈ 500 kg O2/día

HIPOLIMNION

METALIMNION

EPILIMNION

Por unidad de área –AHOD

(µE/m2/s)

21

13 sept. 2007

22

Velocidad de reciclado

En el ejemplo de Shagawa Lake sólo calculamos la carga interna y no la vr, porque éste sólo se produce en momentos de anoxia. Calcular vr �

conocer(1) Duración de la estratificación(2) Ritmo al que se consume el oxígeno en el

agua, AHOD = f (PT, temperatura)(1)+(2)� Duración de los períodos de anoxia(3) Ritmo de reciclado que dependerá de la

temperatura

Balance de oxígeno y AHOD

hH

AHOD

dt

do−=

Demanda superficial hipolimnética de O2 (g/m2/d)

Espesor del hipolimnion (m)

)()()( s

h

s ttH

AHODtOtO −−=−

Establecimiento de la estratificación

conc. de oxígeno en el momento de la estratificación (≈ 8 mg/L)

Si O(t) = 1.5 mg/L (anoxia) � t – ts = tiempo para

establecimiento de anoxia desde el momento en que se

produce la estratificación

hs

s HAHOD

tOtOtt

)()()(

−=−

23

P y AHOD (Rast & Lee, 1978)

467.0

1(086.0

+=

ws

p

q

LAHOD

τ

p

)08.1( 20 ≈× − θθT

Influencia de latemp. (ToC)

Ejemplo – Shagawa Lake, MN

Lago dimíctico (dos períodos de estratificación) - Mezcla en primavera - día 120 - Estratificación en verano – día 150- Mezcla en otoño – día 255- Estratificación en invierno – día 320

Espesor de hipolimnion 2.2. mTemp. hipolimnion (verano) 15oCTemp. hipolimnion (invierno) 4oCCarga interna (promedio anual) 9476 x 106 mg/año