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Previous issue date: 2018-06-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Shallow reservoirs, with large surface area and long hydraulic retention
times, present conditions conducive to the development of cyanobacteria.
Due to the potential risk that cyanobacteria can cause to public health, the
importance of the management of water bodies to control the toxic blooms,
especially in reservoirs destined to the public supply, is evident. Thus, there
is a clear need to develop techniques that can help existing monitoring, with
the possibility of extending the area of coverage in monitoring programs.
Thus, the present study aimed to combine several methods of data
acquisition, mainly obtaining continuously, such as the use of sensors for in
situ evaluation of phytoplankton, especially cyanobacteria, through the
detection of chlorophyll-a and phycocyanin, as well as the use of remote
sensing for phytoplankton monitoring and with this information to build
water quality prediction scenarios through mathematical modeling. The
procedure aimed to improve data acquisition, especially the spatialization of
data. For this purpose, the dynamics and water quality of the João Leite
reservoir was characterised over 30 months using physical, chemical and
biological parameters and trophic status index, to know the seasonality of
the quality of the of the water body and present the main parameters and
factors of water quality change. A continuous and spatial phytoplankton
monitoring method was proposed for mapping concentrations of chlorophyll-
a and cyanobacteria from Sentinel-2 satellite images with in situ and
inferential observations to evaluate the performance of these to provide
information on cyanobacterial blooms. The CE-QUAL-W2 model was
calibrated from field data to evaluate the water quality dynamics and
hydrodynamics of the reservoir. As a result, João Leite reservoir presented
characteristic and similar patterns of the variation of the parameters in
hydrological periods, and the results showed that the use and the occupation
of the soil reflect in the characteristics of the quality of the water. In the
majority of the evaluated points and times, good oxygenation of the waters
and low concentrations of nutrients were demonstrated, being proved by the
trophic state indexes. Both chlorophyll-a and cyanobacteria showed
correlation between data measured in situ and estimated. The results can
considered satisfactory since with the data of reflectance it was possible to
validate the atmospheric correction, and the maps of estimate of chlorophyll-
a and cyanobacteria presented the places and the months more prone to the
greater proliferation of cyanobacteria. Thus, these results demonstrate the
importance of the use of remote sensing for the monitoring of water quality,
since with the use of this tool there is greater possibility of point coverage,
being able to have a synoptic visualisation of the studied environment,
identifying the most subject areas to the proliferation of cyanobacteria. The
results of the modeling indicate that the reservoir presents periodic
stratification, and in the warmer months the stratification is more evident
and that in the colder months a mixture of the water column is noticed,
possibly due to in those months there are more incidental winds in the
region. In general, the highest values of algae and cyanobacteria occur in
the warmer months, where there is a higher solar incidence and larger
periods of thermal stratification occur. It was also presented that the amount
of algae and cyanobacteria on the surface changes the amount of oxygen
dissolved in the surface region while the demand for sediment oxygen may
be associated with both the oxygen consumption in the sediments and can
also be used as a way to simulate the consumption of oxygen by the
submerged organic matter, which is visible in the shallower areas of the
reservoir. The results of the CE-QUAL-W2 model provided a comprehensive
understanding of the spatial and temporal dynamics of the parameters
analyzed during the modeling periods. The application of this model with the
integration of fluorometers and remote sensing for the evaluation of water
quality, should be better suited to water resource managers, to help them
better understand the dynamics of physicochemical and biological processes
and to be used as a warning system in cases of cyanobacteria blooms and to
propose the best mitigation strategies. / Reservatório de água lênticos, rasos, com grande área de superfície e longos
tempos de retenção hidráulica apresentam condições propícias para o
desenvolvimento de cianobactérias. Devido o potencial risco que
cianobactérias podem causar a saúde pública, evidencia-se a importância do
gerenciamento dos corpos hídricos a fim de controlar as florações tóxicas,
principalmente em reservatórios destinados ao abastecimento público.
Assim, há uma clara necessidade de desenvolver técnicas que possam
auxiliar os monitoramentos existentes, com a possibilidade de estender a
área de abrangência em programas de monitoramento. O objetivo geral
dessa pesquisa é avaliar um método de monitoramento contínuo e espacial
de fitoplâncton, especialmente quanto à presença de cianobactérias, por
meio da ficocianina e clorofila “a”, de modo a se ter informações de
qualidade da água, para efetuar a previsão de cenários da dinâmica de
cianobactérias, empregando modelagem matemática. Para tanto, foi
caracterizada a dinâmica e a qualidade das águas do reservatório João Leite,
ao longo de 30 meses, por meio de análises dos parâmetros físicos, químicos
e biológicos, e índice de estado trófico, a fim de conhecer a sazonalidade da
qualidade da água do corpo hídrico e apresentar os principais parâmetros e
fatores de alteração da qualidade das águas. Foi proposto um método de
monitoramento contínuo e espacial de fitoplâncton, para confecção de mapas
de concentrações de clorofila “a” e cianobactérias a partir de imagens do
satélite Sentinel-2, com observações in situ e a partir de inferências, para
avaliar o desempenho desses em fornecer informações sobre proliferações
de cianobactérias. Por último, o modelo CE-QUAL-W2 foi calibrado a partir
de dados obtidos em campo, para avaliar a dinâmica da qualidade da água e
hidrodinâmica do reservatório. Como resultado, o reservatório João Leite
apresentou padrões característicos e semelhantes da variação dos
parâmetros em períodos hidrológicos e os resultados demonstraram que o
uso e a ocupação do solo refletem nas características da qualidade da água.
Na maior parte dos pontos e tempos avaliados, foram apresentadas boa
oxigenação das águas e baixas concentrações de nutrientes, sendo
comprovados pelos índices de estado trófico. Tanto a clorofila “a” quanto
cianobactérias demonstraram correlações entre os dados medidos in situ e
os estimados. Os resultados podem ser considerados satisfatórios, uma vez
que com os dados de refletância foi possível validar a correção atmosférica e
os mapas de estimativa de clorofila “a” e cianobactérias apresentaram os
locais e os meses mais propensos à maior proliferação de cianobactérias.
Assim, esses resultados demonstram a importância do uso do sensoriamento
remoto para o monitoramento da qualidade das águas, uma vez que com o
uso dessa ferramenta há maior possibilidade de abrangência de pontos,
podendo ter uma visualização sinóptica do ambiente estudado, identificando
as áreas mais sujeitas à proliferação de cianobactérias. Os resultados da
modelagem indicam que o reservatório tem a tendência a se comportar com
estratificação periódicas, sendo que nos meses mais quentes a estratificação
é mais evidente e que nos meses mais frios uma mistura da coluna d’água é
notada, possivelmente em função de que nesses meses há mais ventos
incidentes na região. De um modo geral, os maiores valores de algas e
cianobactérias ocorrem nos meses mais quentes, em que há maior incidência
solar e ocorre maiores períodos de estratificação térmica. Foi ainda
apresentado que a quantidade de algas e cianobactérias na superfície altera
a quantidade de oxigênio dissolvido na região da superfície enquanto a
demanda por oxigênio sedimentar, pode estar associado tanto ao consumo
de oxigênio nos sedimentos quanto pode ser também usada como forma de
simular o consumo de oxigênio pela matéria orgânica submersa, que é
visível nas áreas mais rasas do reservatório. Dessa forma, foi apresentado
que os resultados do modelo CE-QUAL-W2 forneceram uma compreensão
abrangente da dinâmica espacial e temporal dos parâmetros analisados
durante os períodos modelados. A aplicação deste modelo com a integração
do uso de fluorômetros e sensoriamento remoto para a avaliação da
qualidade da água, devem ser mais indicados aos gestores de recursos
hídricos, para auxiliá-los a entender melhor a dinâmica dos processos físico-
químicos e biológicos e principalmente para serem utilizados como um
sistema de alertas em casos de florações de cianobactérias, para que
possam propor as melhores estratégias de mitigação.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/8734 |
| Date | 22 June 2018 |
| Creators | Salgado, Aline de Arvelos |
| Contributors | Formiga, Klebber Teodomiro Martins, Formiga, Klebber Teodomiro Martins, Ferreira, Nilson Clementino, Nogueira, Ina de Souza, Silveira, Alexandre, Cruvinel, Karla Alcione da Silva |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Ciências Ambientais (PRPG), UFG, Brasil, Pró-Reitoria de Pós-graduação (PRPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -3687928543051349763, 600, 600, 600, 600, -264539188392646063, -1029052919624173234, 2075167498588264571 |
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