Model fizykochemiczny i biologiczny

Transkrypt

1 Model fizykochemiczny i biologiczny dr Czesław Kliś Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

2 Wybór modelu zbiornika Do modelowania Zbiornika Goczałkowickiego wykorzystano model ELCOM/CAEDYM Jest to jeden z 5 modeli rezerwuarów wodnych rekomendowanych m.in. przez Biuro Melioracji Departamentu Spraw Wewnętrznych USA. 2

3 Model ELCOM/CAEDYM Estuary and Lake Computer Model (ELCOM) to model hydrodynamiczny 3D umożliwiający symulację funkcjonowania zbiorników wodnych; model wykorzystuje regularną siatkę obliczeniową Computational Aquatic Ecosystem Dynamics Model (CAEDYM) jest modelem umożliwiający numeryczną symulację ekosystemów jezior, rezerwuarów, ujść rzek i wód przybrzeżnych Modele te są komercyjnymi produktami firmy Centre for Water Research (University of Western Australia) 3

4 Model ELCOM Parametry modelu Barymetria zbiornika siatka regularna 100x100 m, warstwy co 0.5 m Lokalizacja dopływów i odpływów w komórkach siatki 4

5 Model ELCOM Wymagania do uruchomienia symulacji Szeregi czasowe danych meteorologicznych Szeregi czasowe danych o dopływach i odpływach Dane początkowe w wybranych punktach zbiornika 5

6 Model ELCOM Dane meteorologiczne Do symulacji wymaga dla pełnego okresu symulacji 1 godzinnych danych meteorologicznych Prędkość i kierunek wiatru Temperatura powietrza Natężenie promieniowania słonecznego Wilgotność powietrza Opad atmosferyczny Zachmurzenie Ciśnienie atmosferyczne ELCOM wykorzystuje m.in. dane ze stacji meteorologicznej na zbiorniku 6

7 Rola danych meteorologicznych Dane meteorologiczne służą do: przeprowadzenia bilansu ciepła dla zbiornika wyznaczenia rozkładu temperatur w zbiorniku określenia dopływu energii słonecznej oszacowania wymiany gazowej pomiędzy wodami zbiornika a atmosferą oszacowania energii falowania 7

8 Porównanie temperatury wody w profilu 1 m 9 m 8

9 Modelowany i obserwowany profil temperaturowy Wynik modelowania ELCOM [ C] Pomiar rzeczywisty Porównanie symulacji rozkładu temperatur w Zbiorniku Goczałkowickim (punkt Z08) i rzeczywiste temperatury rejestrowane przez automatyczną stację pomiarową ( żółta boja ) 9

10 Dane o dopływach i odpływach ELCOM wymaga szeregów czasowych ilości wody dopływającej do Zbiornika Goczałkowickiego i jej temperatury oraz ilości wody wypływającej ze zbiornika. Stacje pomp ZUW Dopływ Wisłą Przelew górny Odpływ denny Dopływy z przepompowni Dopływ Bajerką Poziom piętrzenia jest wyliczany jako bilans dopływów, odpływów, strat parowania oraz opadu atmosferycznego na zbiornik 10

11 Model CAEDYM Możliwości modelowanie i bilansowanie substancji pokarmowych w zbiorniku Węgiel: DOC; POC; DIC Azot DON; PON; NH 4 ; NO 3 Fosfor DOP; POP; DIP; PO 4 Krzem SiO 2 modelowanie wybranych organizmów bakterie; 4 grupy fitoplanktonu; 2 grup zooplanktonu; 3 grup ryb modelowanie stężenia tlenu (DO), odczynu(ph), ekstynkcji (EXTC) substancji mineralnych SSOL1 (średnica<0.46mm), SSOL2 (średnica>0.46mm) 11

12 powietrze Model CAEDYM Zmienne ptaki O 2 CO 2 N 2 DO DIC NH 4 NO 3 PO4 osady kolumna wody DO DOC POC DOC DON DOP POC PON POP SSOL1 SSOL2 metale DIC NH4 DON DOP PON POP SiO2 NO3 fitoplankton PO4 roślinność ryby makroalgi zooplankton bakterie patogeny małże 12

13 Schemat organizmów kolumny wody DINOF miksotrofy DOM CYANO sinice DOM ZOOP1 drapieżcy DOM FISH1 l<5cm DOM DIM rozpuszczona materia nieorganiczna CHLOR zielenice DOM DINOF okrzemki ZOOP2 filtratorzy DOM FISH2 5<l<15 DOM FISH3 l>15 cm DOM DOM POM detrytus DOM roślinność wodna bentos Ptaki GR wędk. BAC bakterie

14 Numeryczny schemat organizmu C:N:P IC IP IN Symulacja przepływu węgla, azotu i fosforu przez organizm w modelu CAEDYM 14

15 Stężenia chlorofilu a Stężenie chlorofilu a wartości rzeczywiste i modelowane 15

16 Wartości stężeń modelowanych substancji i organizmów 16

17 Symulacja warstwy powierzchniowej zbiornika temperatura 17

18 Symulacja warstwy powierzchniowej zbiornika chlorofil a 18

19 biomasa [tony C/miesiąc] Modelowana ilość biomasy [tony C/miesiąc] FISH3 FISH miesiące roku FISH1 ZOOP2 ZOOP1 BAC PHYTO POC 19

20 [kgc/miesiącc] Modelowany ubytek ryb [kg C/miesiąc] ptaki rybacy +wędk. upust dolny miesiące roku 20

21 Wnioski Model ELCOM/CAEDYM pozwala na symulowanie ekosystemu zbiornika przez: bilanowanie biomasy głównych grup organizmów w zbiorniku bilansowanie węgla, azotu, fosforu i krzemu w zbiorniku śledzenie i prognozowanie stanu zbiornika oraz testowanie hipotetycznych wydarzeń na zbiorniku 21

22 Wnioski Model ELCOM/CAEDYM jest dobrym narzędziem do testowania scenariuszy zdarzeń Tym samym może wspomagać zarządzanie zbiornikami wodnymi 22

23 Dziękuję za uwagę dr Czesław Kliś Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach klis@ietu.katowice.pl Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka