Variação transversal de metano dissolvido em um reservatório subtropical

Orientador: Prof. Dr. Michael Mannich

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Defesa : Curitiba, 28/05/2018

Inclui referências: p.58-66

Resumo: A geração de energia elétrica a partir de usinas hidrelétricas foi por muito tempo considerada uma forma de produção limpa e renovável. A partir da década de noventa, começaram a aparecer evidências sugerindo que os reservatórios de usinas hidrelétricas poderiam ser potenciais emissores de gases de efeito estufa. A variação espacial da concentração de metano em reservatórios é responsável pela variabilidade dos _uxos. Também é um indício das regiões de maior produção de metano e de sua dinâmica dentro do reservatório. Existe uma carência de medições de metano dissolvido na coluna d'água, onde a maior parte das medidas não são contínuas, evidenciando que há uma lacuna temporal combinada com medições espaciais. Deste modo, utilizou-se, em per_s verticais, um sensor comercial provido de um laser de diodo que é direcionado para o volume da mistura gasosa, fornecendo sinal relacionado à concentração desse gás. Esta pesquisa focou em quanti_car apenas um componente físico (concentração de metano dissolvido na coluna d'água em uma seção transversal) do reservatório do Passaúna, um dos principais mananciais de Curitiba (PR), e com isto pode-se ter uma estimativa dos potenciais _uxos de metano dentro do reservatório. Assumindo valores da literatura para a difusividade do metano pode-se estimar um parâmetro biológico (oxidação de metano). A concentração de metano dissolvido no hipolímnio foi em torno de 1 ???????? CH4 ???1 e no epilíminio próximo ao equilíbrio com a atmosfera 0,004 ???????? CH4 ???1. Os valores elevados ocorreram próximo ao sedimento em que a concentração de oxigênio dissolvido foi inferior a 0,5 ???? O2 ???1. Os sumidouros oxidativos presentes na coluna d'água, que consomem o gás metano no seu percurso até a superfície, foram responsáveis pelos per_s com diferentes concentrações de metano. Os gradientes transversais de metano dissolvido são aproximadamente duas ordens de grandeza menores que os gradientes verticais, variando de 10?3 a 10?1 ???????? CH4 ???4 ao longo da coluna d'água. Os resultados sugerem que há um transporte transversal de metano dissolvido no reservatório das margens para o centro devido ao gradiente de concentração. O _uxo transversal (J?? ) variou de 9, 2 ? 10?4 a 3, 96 ? 10?2 ???????? CH4 ???2 ???1 e o _uxo vertical (J?? ) variou de 8, 0 ? 10?6 a 1?10?2 ???????? CH4 ???2 ???1, em média a razão do _uxo transversal pelo vertical é de uma ordem de grandeza. Baseado nas estimativas de _uxo foi possível estimar a taxa de oxidação do metano, onde esta se apresentou como sumidouro dominante no reservatório, consumindo cerca de 93% do metano dissolvido na coluna de água.

Abstract: The generation of electricity from hydroelectric power plants has long been considered a clean and renewable form of production. From the 90's, evidence began to appear suggesting that reservoirs from hydropower could be potential emitters of greenhouse gases. The spatial variation of the concentration of methane in reservoirs is responsible for the variability of _ows. It is also an indication of the regions with the highest production of methane and its dynamics inside the reservoir. There is a lack of methane measurements dissolved in the water column, where most of the measurements are not continuous, evidencing that there is a temporal gap combined with spatial measurements. In this way, a commercial sensor provided with a diode laser which is directed to the volume of the gaseous mixture, providing signal related to the concentration of that gas. This research focused on quantifying only one physical component (concentration of methane dissolved in the water column in a cross section) of the reservoir of Passaúna, one of the main sources of water in Curitiba (PR), and with this it is possible to have an estimate of the potential _ow of methane into the reservoir. Assuming values of the literature for the di_usivity of the metahne one can estimate a biological parameter (oxidation of methane). The concentration of methane dissolved in the hypolimniumwas around 1???????? CH4 ???1 and in the epyllinium close to equilibrium with the atmosphere 0.004???????? CH4 ???1. Elevated values occured near the sediment where the dissolved oxygen concentration was less than 0.5 ???? O2 ???1. The oxidative sinks present in the water column, which consume methane gas in their path to the surface, were responsible for the periods with di_erent concentrations of methane. The transverse gradients of dissolved methane are approximately two orders of magnitude smaller than the vertical gradients, ranging from 10?3 to 10?1 ???????? CH4 ???4 along the water column. The results suggest that there is a transverse transport of methane dissolved in the reservoir from the margins to the center due to the concentration gradient. The cross _ow (J?? ) ranged from 9, 2?10?4 to 3, 96?10?2 ???????? CH4 ???2 ???1 and the vertical _ow (J?? ) ranged from 8, 0?10?6 to 1 ? 10?2 ???????? CH4 ???2 ???1, on average the ratio of the crosswise to the vertical is one order of magnitude. Based on the _ow estimates, it was possible to estimate the methane oxidation rate, where it was present as a dominant sink in the reservoir, consuming about 93% of the methane dissolved in the water column.