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
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
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
Model ELCOM Parametry modelu Barymetria zbiornika siatka regularna 100x100 m, warstwy co 0.5 m Lokalizacja dopływów i odpływów w komórkach siatki 4
Model ELCOM Wymagania do uruchomienia symulacji Szeregi czasowe danych meteorologicznych Szeregi czasowe danych o dopływach i odpływach Dane początkowe w wybranych punktach zbiornika 5
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
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
Porównanie temperatury wody w profilu 1 m 9 m 8
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
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
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
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
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
Numeryczny schemat organizmu C:N:P IC IP IN Symulacja przepływu węgla, azotu i fosforu przez organizm w modelu CAEDYM 14
Stężenia chlorofilu a Stężenie chlorofilu a wartości rzeczywiste i modelowane 15
Wartości stężeń modelowanych substancji i organizmów 16
Symulacja warstwy powierzchniowej zbiornika temperatura 17
Symulacja warstwy powierzchniowej zbiornika chlorofil a 18
biomasa [tony C/miesiąc] Modelowana ilość biomasy [tony C/miesiąc] 250 200 FISH3 FISH2 150 100 50 0 7 8 9 10 11 12 miesiące roku FISH1 ZOOP2 ZOOP1 BAC PHYTO POC 19
[kgc/miesiącc] Modelowany ubytek ryb [kg C/miesiąc] 8000 7000 6000 5000 4000 3000 ptaki rybacy +wędk. upust dolny 2000 1000 0 07-2010 08-2010 09-2010 10-2010 11-2010 12-2010 miesiące roku 20
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
Wnioski Model ELCOM/CAEDYM jest dobrym narzędziem do testowania scenariuszy zdarzeń Tym samym może wspomagać zarządzanie zbiornikami wodnymi 22
www.zizozap.pl Dziękuję za uwagę dr Czesław Kliś Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach e-mail: klis@ietu.katowice.pl Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka