Optimal resolutions for modeling and monitoring the water quality dynamics of Passaúna's reservoir
Creators: name: Kotsuka Gurski, Luziadne Katiucia
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2023
Subjects: Zeitliche und räumliche Variabilität
Optimale Überwachung
Phosphor-Budget
Temporal and spatial variability
Optimal monitoring
Phosphorus Budget

description: Die Untersuchungen zur Optimierung der Überwachungsauflösungen des Passaúna-Stausees ergaben, dass die Überwachung des Gesamtphosphors (TP) am Hauptzufluss (Passaúnas-Fluss) während mittlerer und hoher Abflüsse mehr Informationen über den TP-Lasteintrag liefert als die höhere Frequenz an einer großen Anzahl von Standorten während Grundfluss. Das Passaúna-Reservoir wurde von Februar 2018 bis April 2019 in 11 Feldkampagnen überwacht, die sich aus monatlichen Wasserproben, In-situ-Messungen mit Sensoren und Laboranalysen zusammensetzten. Zusätzlich wurden Messungen mit hoher zeitlicher Auflösung durch optische Sensoren durchgeführt, die Konzentrationen von Nitrat, DOC und Chlorophyll-a (Chl-a) lieferten. Die erhaltenen Daten wurden verarbeitet und als Anfangsbedingung für den Simulationszeitraum verwendet, um ein nulldimensionales Wasserqualitätsmodell des Stausees von Passaúna zu kalibrieren und zu validieren. Das Passaúna-Reservoir wurde als vollständig gemischtes System angenommen, und ein Continuously Stirred Tank Reactor (CSTR)-Modell wurde angewendet und als stationäre und instationäre Lösungen getestet. Die stationäre Lösung ergab eine gute Übereinstimmung mit gemessenen Daten auf Jahresskala, und die instationäre Lösung zeigte eine gute Übereinstimmung mit gemessenen in monatlicher Auflösung. Ergebnisse von Szenariensimulationen auf der Grundlage der Verringerung der zeitlichen Auflösung von Eingabedaten auf weniger häufige Messungen zeigten, dass vierteljährliche zeitliche Auflösungen für die Überwachung von TP am Reservoir eine angemessene Frequenz sind. Darüber hinaus wurde anhand der verarbeiteten Überwachungsdaten und der Anwendung in einem nulldimensionalen Wasserqualitätsmodell die optimale Überwachungshäufigkeit in Bezug auf die Bewirtschaftung bewertet, wobei Strategien vorgeschlagen wurden, um die Überwachungsauflösungen unter Berücksichtigung der räumlich-zeitlichen Integration zu optimieren. Die Integration der räumlich-zeitlichen Dynamik der Wasserqualität im Überwachungszeitraum wurde anhand von Vergleichskarten von TP, Chl-a und Gesamtstickstoff (TIN) bewertet, die nach dem Wasserqualitätsindex der Stauseen klassifiziert wurden. Die Ergebnisse deuteten auf eine zumindest saisonale TN-Überwachung entlang des Stausees von Passaúna hin. Darüber hinaus ergab eine Bewertung der Auswirkungen auf die TP-Eintragsbelastung aufgrund von Sturmereignissen, dass sich Phosphor Überwachungs programme auf Sturmereignisse konzentrieren sollten, um realistischere Berechnungen des Phosphoreintrags zu erreichen. Schließlich deutete die Variabilität, die in den Chl-a-Datenreihen mit 15-minütiger und täglicher Auflösung identifiziert wurde, darauf hin, dass das Messdatum entscheidend für die Klassifizierung des WQIR-Status des Reservoirs sein kann. Ergebnisse aus der Analyse des Prozentsatzes des Auftretens zeigen, dass eine zweimonatliche Häufigkeitsüberwachung der Chl-a Konzentrationen höher ist geeignet für die Kontrolle und das vorbeugende Management der Wasserqualität.