Estimativa de emissões de gases de efeito estufa em reservatórios e lagos : contribuiões para monitoramento e modelagem 1D-vertical

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mannich, Michael
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/34418
Resumo: Orientador: Prof. Cristovão Vicente Scapulatempo Fernandes
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spelling Bleninger, Tobias Bernward, 1972-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e AmbientalFernandes, Cristovão Vicente ScapulatempoMannich, Michael2024-07-23T12:01:15Z2024-07-23T12:01:15Z2013https://hdl.handle.net/1884/34418Orientador: Prof. Cristovão Vicente Scapulatempo FernandesCoorientador: Prof. Dr. Tobias Bernward BleningerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 06/06/2013Inclui referaciasResumo: Os reservatórios de usinas hidrelétricas têm se tornado alvo de críticas com respeito a não neutralidade em suas emissões de gases de efeito estufa (GEE) como dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). A preocupação se deve pela decomposição da matéria orgânica inundada, em especial em ambientes tropicais em sistemas com significativa estratificação térmica e pouca mistura na região profunda. A pesquisa é de relevância no Brasil, uma vez que a matriz energética nacional é predominantemente hidrelétrica. Os primeiros estudos relacionados datam do início dos anos 1990 e, ainda hoje, o tema pode ser considerado incipiente em virtude das complexas interações dos processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem na água. Neste contexto, as contribuições desta pesquisa se distribuem entre questões relacionadas às técnicas de medição, variabilidades temporais destas emissões e dos perfis verticais de parâmetros de qualidade da água e, estratégias de modelagem de carbono para estimativa de fluxos na superfície. As câmaras flutuantes, tradicionalmente utilizadas para medição de fluxos de gases nas interfaces água-ar, apresentam grande variação de dimensões e formas de operação na literatura. Para tanto, foi desenvolvida uma análise dos erros envolvidos na medição em função de suas características geométricas (área/volume), do coeficiente de transferência interno e externo à câmara, do tempo de monitoramento, das propriedades do gás e das incertezas das técnicas de medição de concentração do gás. Tal análise demonstra as incertezas das estimativas e pode fomentar o desenvolvimento de um projeto padrão. A variabilidade temporal é reconhecida, porém, muitas vezes desprezada na literatura. Foram realizados estudos nos Reservatórios Vossoroca e Capivari (Paraná - Brasil) com intuito de elucidar a magnitude das variações nictemerais dos fluxos de CO2 e de parâmetros limnológicos na coluna de água. Foram detectadas amplitudes de concentração de carbono inorgânico dissolvido de mais de 10 mg L?1 na região do hipolímnio, não explicadas pelas alterações de outras variáveis. Adicionalmente, a variação temporal dos fluxos de CO2 na interface água-ar, medidos com câmaras flutuantes, apresentaram variação entre ?785 a 634 mg m?2 d?1 e foram inconsistentes com o gradiente de concentração entre ar e água e os resultados de equações empíricas de estimativa de fluxo. No que concerne à estimativa de emissões, a abordagem se baseou na proposição de um modelo considerando formas orgânicas e inorgânica de carbono, suas iterações com a atmosfera e com o sedimento. O modelo desenvolvido é unidimensional vertical, e foi acoplado a um modelo de evolução térmica de mesma formulação, com o intuito de descrever os processos de transporte verticais sob influência das forçantes meteorológicas. Os resultados apontam potencial para estimativa de fluxos vislumbrando-se com seu aperfeiçoamento aplicações para previsão e mitigação de emissões de GEE em reservatórios.Abstract: Hydropower plant reservoirs have become the focus of criticism due to their nonneutrality regarding greenhouse gas (GHG) emissions, such as carbon dioxide (CO2) and metane (CH4). The concern is due to the decomposition of flooded organic matter, especially in tropical environments on systems with significant thermal stratification and low-mixing deeper regions. The research is of relevance in Brazil, since the national energy matrix is predominantly hydroelectric. The first studies to address these issues are from the beginning of the 90s, and up to now, progress can be considered incipient because of the complex interactions of physical, chemical and biological processes that occur in the water column. In this context, the contributions of this research are associated with measurement techniques, temporal variability of emissions and the vertical profiles of water quality parameters, and modeling strategies for estimating carbon fluxes at the surface. The floating chambers, traditionally used for metering gas flow water-air interfaces, show large variation in geometrical dimensions and operational procedures. An error analysis of the measurements based on geometric characteristics (area / volume), the transfer velocity inside and outside the chamber, the monitoring time, the gas properties and the uncertainties of the gas concentration measurement techniques was undertaken. This analysis demonstrates the high uncertainty of the data obtained and can be used for the development of a standard chamber design. The temporal variability of gas fluxes at the air-water interface is well recognized, albeit often neglected in the literature. A case study was conducted at Vossoroca and Capivari Reservoirs (Paraná - Brazil) in order to elucidate the magnitude of diurnal variations of CO2 fluxes and limnological parameters in the water column. Variations of dissolved inorganic carbon concentrations of more than 10 mg L?1 were measured in the region of the hypolimnion, which cannot be explained by other observed parameter changes. Additionally, the temporal variation of the CO2 fluxes at the water-air interface, measured with floating chambers, showed variation between ?785 and 634 mg m?2 d?1 and were inconsistent with the concentration gradient between air and water, and empirical equations. Regarding the emissions estimative, the approach was based on a model proposition considering organic and inorganic forms of carbon, and their interactions with the atmosphere and the sediment. The model is vertical one-dimensional, and was coupled to a thermal evolution model of similar formulation, in order to describe the vertical transport processes under meteorological forcings. The results show the potential to estimate emissions, and its improvement may give rise to applications for the prediction and mitigation of GHG emissions from reservoirs.284f. : il. [algumas color.], grafs., tabs., maps.application/pdfDisponível em formato digitalReservatóriosEfeito estufa (Atmosfera)Dinamica dos gasesRecursos hídricosEstimativa de emissões de gases de efeito estufa em reservatórios e lagos : contribuiões para monitoramento e modelagem 1D-verticalinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - MICHAEL MANNICH.pdfapplication/pdf13660703https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/34418/1/R%20-%20T%20-%20MICHAEL%20MANNICH.pdf25fae8dcbf3de99e51342af3b4e702c3MD51open accessTEXTR - T - MICHAEL MANNICH.pdf.txtExtracted Texttext/plain608157https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/34418/2/R%20-%20T%20-%20MICHAEL%20MANNICH.pdf.txtda3edaa6a7951127bd0e3c2ee8777ef7MD52open accessTHUMBNAILR - T - MICHAEL MANNICH.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1126https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/34418/3/R%20-%20T%20-%20MICHAEL%20MANNICH.pdf.jpg926fb87a37e720e99965232944337fd4MD53open access1884/344182024-07-23 09:01:15.755open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/34418Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-07-23T12:01:15Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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