Este estudio comprende investigaciones ecológicas y taxonó-micas del fitoplancton del embalse Paso de las Piedras (38-39 S y 61-62 O) única fuente de provisión de agua para las ciudades de Bahía Blanca y Punta Alta, durante el período enero de 2004junio de 2005 y tuvo como objetivo general valorar las características limnológicas y las condiciones bioe-cológicas del fitoplancton del embalse Paso de las Piedras, evaluar el estado trófico actual e identificar a las poblaciones de algas causantes de proliferaciones masivas. El trabajo se fundamenta en la vital importancia de este recurso de agua y trata de aportar elementos de juicio fundados para la imple-mentación de estrategias de manejo, tanto del lago como de su cuenca de drenaje, tendientes a mejorar la calidad del mis-mo y/o prevenir situaciones que en un futuro podrían dificultar la utilización de dicho recurso para consumo humano. Se reali-zaron muestreos con una frecuencia semanal y/o quincenal, intensificados a dos veces por semana entre enero y abril de 2004. Las variaciones en la estructura de la comunidad fueron analizadas sobre la base de datos de densidad, biovolumen, riqueza específica, diversidad, dominancia, equitatividad, es-tructura de tamaños y estructura funcional, en relación con las principales variables climáticas y fisicoquímicas. El estado trófico del embalse se determinó mediante el empleo de los esquemas de clasificación de la Organización para la Coopera-ción y el Desarrollo Económico, el índice de Carlson y los coefi-cientes de Nygaard. Se observaron diferencias espaciales en algunos parámetros fisicoquímicos que influyeron sobre ciertos atributos biológicos y que estarían relacionados con diferen-cias en la calidad de agua aportada por los dos afluentes prin-cipales al embalse: Río Sauce Grande y arroyo El Divisorio. Las variaciones estacionales en los parámetros fisicoquímicos y biológicos por su parte estuvieron relacionadas con cambios en las condiciones ambientales e hidrológicas. Si se conside-ran los datos de fósforo total el reservorio puede ser conside-rado dentro de la categoría hipertrófico, mientras que si se tie-nen en cuenta las restantes variables así como la composición del fitoplancton el embalse puede ser clasificado dentro de la categoría de eutrófico. Se registraron un total de 162 taxones pertenecientes a 9 grupos taxonómicos; las clases Chlorophy-ceae (43%), Cyanoprocariota (22%) y Bacillariophyceae(21%) presentaron el mayor número de especies. Microcystis natans, Synechocystis aquatilis y Microcystis flos-aquae dominaron en términos de densidad; Staurastrum gracile, Aulacoseira granu-lata y Cryptomonas ovata en términos de biovolumen y Cyclo-tella meneghiniana, Microcystis aeruginosa, Anabaena circina-lis y Stephanodiscus sp. dominaron tanto en términos de den-sidad como de biovolumen. La estructura de la comunidad fito-planctónica estuvo altamente correlacionada con las variables ambientales; durante el año 2004 se identificaron seis estados sucesionales que coincidieron con el modelo del Plankton Eco-logy Group. Se registraron 19 grupos funcionales y el análisis temporal de la clasificación funcional resultó ser una herra-mienta útil para reconstruir la estructura del fitoplancton. La temperatura del agua y la concentración de fósforo, junto con el nivel del lago y el pH explicaron una proporción altamente significativa de la variación en los grupos funcionales tanto en términos de densidad como en términos de biovolumen. Du-rante el período de estudio ocurrieron dos proliferaciones su-perficiales de cianobacterias, los organismos que dominaron correspondieron a los órdenes Chroococcales (Microcystis spp.) y Nostocales (Anabaena circinalis). Cuando se estudió la sucesión del fitoplancton y la diversidad de la comunidad en términos de densidad se observaron diferencias importantes con respecto a cuando se lo hizo en términos de biovolumen. Diferentes especies de algas fitoplanctónicas se observaron parasitadas por hongos, siendo las más frecuentes la infec-ción de Closterium aciculare por Rhizophydium couchii y la de Oocystella parva y Oocystella lacustris por un organismo con características morfológicas similares a Chytridium deltanum. / This study includes taxonomic and ecological investigations of the phytoplankton from Paso de las Piedras Reservoir (38-39 S y 61-62 O), the unique source of drinking water for the cities of Bahía Blanca and Punta Alta, from January 2004 to June 2005. The general aims were to analyze the limnological characteristics and the bioecological conditions of the phyto-plankton of Paso de las Piedras Reservoir, to evaluate the pre-sent trophic status and to identify algal populations that may cause water blooms. The study is based on the vital importan-ce of this water resource and it is an attempt to give judgment elements for the implementation of management strategies, both in the lake as in the catchment area, to improve the water quality and/or to prevent consequences that in the future could make difficult the use of this resource for human consumption. Samplings were made weekly and/or bi-weekly, and the frequency was increased to two times per week from January to April 2004. Community variations were analyzed in relation to density, biovolume, specific richness, diversity, equitability, dominance, size structure and func-tional grouping, in relation to the main physical, chemical and climatic variables. The trophic status was determined applying the classification system from the Organisation for Economic Co-operation and Development, the Carlsons index and the Nygaards coefficients. Spatial differences in some physicoche-mical parameters were observed and they had influences on some biological attributes. Such differences would be related to differences in the quality of the water provided by the two main tributaries to the reservoir: Sauce Grande River and El Divisorio Stream. On the other hand, physicochemical sea-sonal variations of biological parameters were related to chan-ges in climatic and hydrological conditions. Taking into consi-deration the total phosphorus data the reservoir is classified within the hypertrophic category, whereas considering the remaining variables as well as the phytoplankton composition, the reservoir would be classified within the eutrophic catego-ry. A total of 162 taxa were registered belonging to 9 taxono-mic groups. Chlorophyceae (43%), Cyanoprocariota (22%) and Bacillariophyceae (21%) were the classes that presented the highest number of species. Microcystis natans, Synecho-cystis aquatilis and Microcystis flos-aquae were dominant species in terms of density; Staurastrum gracile, Aulacoseira granulata and Cryptomonas ovata were dominant species in terms of biovolume and Cyclotella meneghiniana, Microcystis aeruginosa, Anabaena circinalis and Stephanodiscus sp. were dominant both in terms of density as biovolume. The commu-nity structure had high correlation with environmental varia-bles. During 2004 there were identified six succesional stages that agreed with the Plankton Ecology Group model. A total of 19 functional groups were registered. The temporal analysis of the functional classification was a useful tool to the recons-truction of the phytoplankton structure. Water temperature and phosphorus concentration, along with the level of the lake and the pH, explained a highly significant proportion of the variation in functional groups, both in terms of density as in terms of biovolume. During the period of study, two cyano-bacterial proliferations happened; the dominant species belon-ged to the orders Chroococcales (Microcystis spp.) and Nosto-cales (Anabaena circinalis). When phytoplankton succession and diversity were studied in terms of density , differences with respect to the same studies in terms of biovolume were observed. Some phytoplankton microalgae were observed to be parasitized by fungi, being the most ubiquitous Rhizophy-dium couchii on Closterium aciculare and Chytridium deltanum on Oocystella parva and Oocystella lacustris.

La provisión sustentable de agua es esencial para la huma-nidad, tanto para consumo como para el funcionamiento y el crecimiento de sectores económicos basados en recursos naturales tales como la energía, la minería y la agricultura. Con el fin de preservar los recursos acuáticos para el presen-te y el futuro, el mantenimiento de la integridad del ecosis-tema debe ser un principio central en el manejo de los cuer-pos de agua dulce. En la presente tesis se desarrollan mo-delos biogeoquímicos basados en primeros principios, en el marco de problemas de optimización dinámica, con el objetivo de planificar políticas óptimas de restauración para cuerpos de agua. Estos modelos, que poseen numerosos parámetros, deben ajustarse a las condiciones de los sitios bajo estudio, para proveer luego predicciones confiables. En particular, el caso de estudio es el embalse Paso de las Piedras, un reservo-rio artificial construido para proveer de agua potable a las ciudades de Bahía Blanca y Punta Alta y a un polo petroquími-co, que presenta un marcado grado de eutrofización, con reiteradas proliferaciones masivas de algas. A lo largo de la te-sis, se formulan modelos ecológicos de creciente rigurosidad, sobre los cuales se lleva a cabo un análisis de sensitividad global para determinar los principales parámetros a identificar. A continuación, se formula un problema de estimación dinámi-ca de parámetros, que se resuelve con técnicas de optimiza-ción dinámica con enfoque simultáneo. El modelo se valida posteriormente con datos adicionales del embalse. La siguien-te etapa consiste en la formulación de problemas de optimiza-ción dinámica cuyas restricciones diferenciales algebraicas están constituidas por el modelo ecológico desarrollado. El objetivo, en todos los casos, es la reducción de la concentra-ción de fitoplancton y de nutrientes en el cuerpo de agua, mediante la determinación de perfiles óptimos de las variables de control que se corresponden con la aplicación de técnicas de restauración externas (a través del empleo de un humedal artificial para reducción de la carga de nutrientes) y su combi-nación con técnicas internas (biomanipulación y aireación de las capas inferiores). Finalmente, se formula un problema de control óptimo en el cual se extiende el modelo ecológico desarrollado para incluir las dinámicas de zooplancton y peces, de forma tal de proveer una descripción detallada de las estrategias de restauración, así como los costos opera-tivos asociados. Los resultados obtenidos para el caso de estudio muestran que la biomanipulación a través de la remo-ción de peces zooplanctívoros es la técnica más económica y efectiva para controlar el crecimiento algal. / Access to clean, sustainable supplies of water is essential for humans, both as drinking water and for the operation and growth of major natural resource sectors, such as energy, mining, forest and agriculture. Alterations to the timing and volumes of flow, quality, and temperature of freshwater affect both aquatic and terrestrial ecosystems. To safeguard water resources for present and future uses, water bodies must be managed with maintenance of the integrity of ecosystems as a core principle. In this work, ecological me-chanistic and first-principle based models are formulated wi-thin a dynamic optimization framework to determine restoration strategies for water bodies. These models have a large number of physical, chemical and kinetic parameters that need to be tuned to the specific site conditions to be able to provide reliable predictions. In particular, the case study is an eutrophic reservoir, Paso de las Piedras, which has been built to supply drinking water to more than 450,000 inhabitants of two cities in Argentina (Bahía Blanca and Punta Alta) and for industrial proposes at a petrochemical complex nearby. As a first step, a global sensitivity analysis is performed to deter-mine main model parameters that have to be identified. The second step includes the formulation of a parameter estimation problem within a simultaneous dynamic optimization frame-work, based on collected data from the Reservoir, as well as model validation with an additional data set. Successive optimal control problems are formulated, constrained by the calibrated ecological model, to reduce phytoplankton and nu-trient concentration within the water body. Control variables are associated to the different restoration strategies that include nutrient loading decrease through derivation of part of a tributary to a wetland, biomanipulation and hypolimnetic aeration. Finally, the initial ecological model is extended to include zooplancton and zooplanktivorous fish dynamics to provide a more detailed planification of restoration strategies, as well as their associated operating costs. Numerical results enforce the fact that biomanipulation is the most effective and economical strategy to control algae growth in the case under study.

La presente investigación evalúa el grado en que el dique-embalse Paso de las Piedras ha interrumpido la continuidad hidrológica del río Sauce Grande y cuantifica los impactos de la regulación hidrológica sobre el régimen de caudal, la morfología y la temperatura del agua del río aguas abajo del embalse. El trabajo de tesis presenta una evaluación integral y sistémica de los impactos del dique-embalse basada en el entendimiento de los procesos fluviales que ocurren aguas arriba del mismo. Además de proveer información sobre los impactos hidrológicos, morfológicos y térmicos de la construcción y operación del dique-embalse, este estudio genera nuevas series de datos climáticos e hidrológicos que proporcionan una importante plataforma sobre la cual basar futuras investigaciones de la cuenca del Sauce Grande. Por otra parte, este estudio implementa un marco metodológico aplicado al análisis hidro-geomorfológico de cuencas no aforadas que tiene un gran potencial de aplicación en otras cuencas de la región y en otras regiones semiáridas del mundo. / Despite the regional importance of the Sauce Grande River as main source for water supply and the large capacity of the Paso de las Piedras Reservoir, both the hydrology of the river basin and the effects of the impoundment on the river environment remain poorly evaluated. This study provides the very first assessment of the degree of flow regulation induced by the Paso de las Piedras Dam on the middle section of the Sauce Grande River, and quantifies its impacts on the hydrology, morphology and patterns of water temperature of the river downstream from the impoundment. In addition to providing new information on the response of regulated rivers to upstream impoundment and on the effects of impoundment on the Sauce Grande River specifically, this study generates spatial, climatic and hydrologic data and implements a methodological framework to hydrological assessment of ungauged basins. The methods include a set of procedures performed to generate data and a set of procedures performed to hydrological and morphological assessment. Methods used to generate data include (i) terrain modelling of the river basin, (ii) filling and modelling of climatic data, (iii) hydrological modelling of the upper river basin, and (iv) flow simulation and calculation. Methods used for hydrological and morphological assessment include (i) inspection of the water balance of the dam reservoir and quantification of the reservoir size-yield-performance relationships, (ii) quantification of the degree of hydrological alteration of the river downstream, (iii) classification of diurnal regimes of water temperature and quantification of their climatic sensitivity, and (iv) GIS-based diachronic analysis of change in the fluvial forms and the fluvial landscape. Results revealed that reservoir inflows are driven by varying climate conditions, whereas reservoir outflows are constrained by the dam purpose for water supply. Large volumes of water are yielded annually (73 % of the mean annual runoff) and the remaining volume is conserved within the reservoir for periods of drought. These patterns of flow regulation have seriously affected the hydrology and water quality of the river downstream. Floods were fully eliminated and the magnitude and frequency of high and low flows were reduced dramatically, with substantial increase in the duration of similar flow conditions. Furthermore, summer temperatures were depressed, winter temperatures were increased, and diurnal fluctuations were altered in both magnitude and timing. Analysis of the geomorphic response to altered hydrology revealed fluvial stability. Lateral and vertical channel activity was related to human intervention to facilitate the evacuation of dam outlets and spills more than to natural adjustments to reduced flow discharge and sediment load. The reduced flow, even if sediment-free, is incompetent to work its channel and at present, the downstream channel morphology is a relic of a fluvial environment created in the past under conditions of higher energy. The new climatic, hydrologic and morphologic information yielded herein has triple applicability: (i) it informs dam managers about the complex behaviour of the river system, (ii) it contributes to improve reservoir operation procedures while maintaining the overall integrity of the river system, and (iii) it provides a consistent scientific platform on which to base further research efforts conducting to an interdisciplinary framework of river restoration. Furthermore, the methods implemented in this research are widely transferable to hydrological assessment of ungauged basins worldwide, with special applicability to semiarid regions.