Hydroelectricity is an energy resource which for a long time has been consideredenvironmentally neutral regarding greenhouse gas emission. During the last years this viewhas changed. Studies have shown that reservoirs connected to hydroelectric power plants emitmethane (CH4) and other greenhouse gases to the atmosphere, especially in the tropicalregions where the emission level of CH4 is the highest. The purpose of this thesis was toinvestigate the variations of CH4 emissions in Funil reservoir, Santo Antônio reservoir andTrês Marias reservoir and to identify variables that increase the CH4 emissions.The CH4 emissions were measured by floating static chambers positioned on the surface atseveral locations within each reservoir. A gas sample was collected after 10, 20 and 30minutes from each chamber. The samples were analyzed through gas chromatography toobtain the concentration of CH4 in each sample. Calculations of the change in CH4concentration over time were used to establish the flux of CH4 at each location.The obtained result from Funil reservoir showed CH4 fluxes in the range of -0.04 to 13.16mmol/m2/day with significantly different fluxes between sites (p < 0.05). The CH4 fluxes inSanto Antonio reservoir were within the range of -0.33 to 72.21 mmol/m2/day. In thisreservoir fluxes were not significantly different between sites (p <0.05). The results obtainedfrom Três Marias showed CH4 fluxes in the range of -0.31 to 0.56 mmol/m2/day withsignificantly different fluxes between sites (p < 0.05). The highest fluxes were found in SantoAntônio which were significantly different from the CH4 fluxes in Três Marias (p <0.05).The CH4 flux was positively correlated with CO2 and dissolved organic carbon (DOC) andnegatively correlated with O2 and depth in Santo Antônio. The same correlations were evidentfor the whole data set. In total the measured fluxes from the three reservoirs ranged from -0.33 to 72. 21 mmol/m2/day and the mean flux was 2.31 mmol/m2/day. These fluxes are lowcompared to earlier results. The variation in CH4 flux within and between the reservoirs wassignificantly different in a major part of the comparisons. Even though the majority of thefluxes were different, variables that increase the CH4 emission rate were illuminated. A lowdepth and low O2 concentration increase the CH4 emission rate. A high concentration of DOCand CO2 indicates that a high amount of organic carbon was available for the production ofCH4, leading to an increased CH4 emission rate. / BALCAR (Balanço de Carbono)

La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide. / La qualité globale des eaux continentales (lacs et réservoirs) continue à se détériorer dans de nombreuses régions du Mexique. Le réservoir Cointzio, situé dans la partie sud du Plateau Central Mexicain, sur la ceinture “Trans-Mexicain Volcanique Belt » (TMVB), ne fait pas exception. Ce réservoir tropical turbide est un système monomictique chaud (surface = 6 km2, capacité = 66 Mm3, temps de séjour ~ 1 an). Il est stratégique pour l'approvisionnement en eau potable de la ville de Morelia, capitale de l'état du Michoacán, et pour l'irrigation en aval pendant la saison sèche. Le réservoir est menacé par l'accumulation des sédiments et des nutriments provenant d'eaux non traitées dans le bassin versant amont. La haute teneur en particules d'argile très fines et le manque d'installations de traitement de l'eau conduisent à de graves épisodes d'eutrophisation (jusqu'à 70 µg chl. a L-1) ainsi qu'à des périodes saisonnières de forte turbidité (profondeur de Secchi < 30 cm) et d'anoxie (de Mai à Octobre). Sur la base de mesures intensives de terrain réalisées en 2009 (échantillonnage dans le bassin versant, sédiments déposés, profils verticaux de l'eau, bilan entrées et sorties) nous avons présenté une étude intégrée du fonctionnement hydrodynamique et biogéochimique du réservoir Cointzio. Les profils verticaux de température (T), de concentration en sédiment en suspension (TSS), d'oxygène dissous (DO), de chlorophylle a, de carbone et de nutriments ont été utilisés pour évaluer les cycles internes au réservoir. Pour compléter l'analyse des données de terrain, nous avons examiné la capacité de différents modèles numériques 1DV (Aquasim modèle biogéochimique couplé avec le modèle de mélange k-ε) à (i) reproduire les principaux cycles biogéochimiques dans le réservoir Cointzio et (ii) préciser les scénarios de réduction des éléments nutritifs (P and N) pour limiter l'eutrophisation dans les prochaines décennies. Le modèle k-ε s'est avéré le plus robuste pour reproduire les conditions hydrodynamiques, en particulier la stratification modérée liée à la très grande turbidité et au régime soutenu de vent thermique. Le modèle Aquasim s'est avéré pertinent pour reproduire les principaux cycles de l'oxygène dissous DO, des nutriments et de la chlorophylle a au cours de l'année 2009. Les différentes simulations ont souligné l'impact négatif à long terme du réchauffement climatique. A la fin du siècle (2090), une augmentation de la température de l'air atteignant 4.4° C a été prédite à partir de modèles de circulation mondiale. Couplé avec une année hydrologique sèche, une telle situation pourrait conduire à des conditions anoxiques sévères et à des blooms importants de chlorophylle a (jusqu'à de 94 µg L-1). Diverses simulations ont montré que la réduction drastique de l'apport de nutriments (à 90%) serait nécessaire pour réduire de façon significative les teneurs en chlorophylle a. Si de telles mesures d'atténuation sont adoptées, le pic maximal de chlorophylle a se stabiliserait à 40 µg L-1, au lieu de 94 mg L-1, après une période de cinq ans d'efforts. À notre connaissance, cette étude fournit la première application numérique de modèles k-ε et AQUASIM pour simuler les niveaux d'eutrophisation élevés dans un réservoir tropical très turbide.

Orientador: Denise de Campos Bicudo / Resumo: Este estudo baseou-se em um banco de dados limnológicos e biológicos (diatomáceas de sedimento superficial e da coluna da água) de 33 reservatórios com gradiente trófico (ultraoligotrófico a hipereutrófico) distribuídos na região sudeste do Estado de São Paulo. Visou, como primeira etapa, calcular os ótimos e as tolerâncias ecológicas (etapa de regressão) das espécies de diatomáceas com a finalidade de propor um índice de diatomáceas para avaliar o estado trófico de represas, bem como um modelo de função de transferência diatomácea-fósforo (etapa de calibração) para inferir níveis pretéritos de fósforo da água. Além disso, visou avaliar o efeito da eutrofização sobre a homogeneização taxonômica e funcional das comunidades de diatomáceas. As amostras do sedimento superficial (n = 113) e do plâncton (verão e inverno, n = 226) foram obtidas entre 2009 e 2014. O método da média ponderada (WA) foi utilizado para a etapa de regressão (ótimo e tolerância das espécies), e modelos de regressão clássica e inversa foram testados para a etapa de calibração para a proposição do índice trófico de diatomáceas e para o modelo de função de transferência diatomácea-fósforo. Foram calculados os ótimos e as tolerâncias de fósforo total para 58 (sedimento superficial) e 53 (plâncton) espécies de diatomáceas. O modelo proposto com base nas diatomáceas do sedimento superficial apresentou melhor habilidade (r2 0.71, p<0.001, RMSE 49.43 μg L-1) do que as planctônicas para proposição do índice de esta... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study was based on a limnological and biological database (surface sediment and water column diatoms) of 33 reservoirs with trophic gradient (ultraoligo- to hyperereutrophic) distributed in the southeastern region of São Paulo State. The first aim was to calculate the optimum and ecological tolerances (regression stage) of diatom species in order to propose a diatom index to evaluate the trophic state of reservoirs, as well as a model of diatom-phosphorus transfer function (calibration step) to infer past levels of water phosphorus. In addition, it aimed to evaluate the effect of eutrophication on the taxonomic and functional homogenization of diatom communities. Surface sediment (n = 113) and plankton (summer and winter, n = 226) samples were obtained between 2009 and 2014. The weighted average (WA) method was used for the regression step (optimal and species tolerance), and classical and inverse regression models were tested for the calibration step for the proposition of the trophic index of diatoms and for the diatom-phosphorus transfer function model. Optimum and tolerances for total phosphorus were calculated for 58 (surface sediment) and 53 (plankton) diatom species. The model based on the surface sediment diatoms presented better ability (r2 0.71, p<0.001, RMSE 49.43 μg L-1) than phytoplankton diatom to propose the trophic diatom index of reservoirs (TDIR). The transfer function model showed high predictive ability (r2 0.80) and was based on 63 diatom species (su... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor