Sustainable long-term mitigation of floods and droughts in semiarid regions: Integrated optimal management strategies for a salt lake basin

We present a management project for the mitigation of extreme climatic events in the frame of cyclic wet and dry periods in the semiarid Pampean region of Argentina. The developed methodological approach allows quantitative planning of strategies to tackle the effect of recurrent floods and droughts in a salt lake basin through the formulation of an optimal control problem, which constitutes a novel approach to ecohydrological systems management. The control variables correspond to (i) diversion flows from a lake tributary to an artificial freshwater reservoir to damp lake flooding, (ii) freshwater flows from the reservoir to the salt lake to keep its salinity at desired values and (iii) freshwater flows to irrigate crops during drought periods. Further, we address the economic valuation of ecosystem services in the basin. Quantitative results provide useful insights on optimal management strategies and the effects of their implementation, as well as their impact on the valuated services in the watershed under study.Fil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Lara, Ruben Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin

Senecio bonariensis Hook. & Arn. promising arsenic phytoextractor from water in laboratory and field trials

The use of plant species to cleanse groundwater with excessive concentrations of arsenic (As) derived from contact with weathered materials has become a valuable option to treat it. The aim of this work was to analyze the bioaccumulation capacity of As of Senecio bonariensis (Asteraceae) through controlled laboratory tests and uncontrolled trials in the field in order to generate a low cost method applicable in rural areas that do not have systems of water treatments. Plants collected from the natural environment were arranged in hydroponic crops under controlled and uncontrolled conditions, in the first case with increasing concentrations of As for 45 days, and in the second, with a constant concentration of As for a period in a range between 45 and 90 days. The plants were processed and dried for the measurement of As. In both tests, in all the samples there was a noticeable accumulation of As, generally greater in roots than in leaves. Under controlled conditions the plants accumulated more As in relation to greater concentration of this element in the water. In all the trials a high bioaccumulation of As was found, which turns the plant into a hyperaccumulator. Due to the ability of S. bonariensis to accumulate As, and even more because of the great biomass produced by this species, it becomes an excellent one to be used for the remediation of arsenical waters.Fil: Pérez Cuadra, Vanesa. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Laboratorio de Plantas Vasculares; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur; ArgentinaFil: Cambi, Viviana Nora. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Laboratorio de Plantas Vasculares; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur; ArgentinaFil: Espósito, Martín Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Agronomía; ArgentinaFil: Sica, María Gabriela. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Laboratorio de Plantas Vasculares; ArgentinaFil: Verolo, Magalí. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Laboratorio de Plantas Vasculares; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Instituto de Ciencias Biológicas y Biomédicas del Sur; ArgentinaFil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Parodi, Elisa Rosalia. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia. Laboratorio de Plantas Vasculares; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin

Evaluación de Estrategias de Restauración de la Calidad del Agua del Embalse Paso de las Piedras a través de Modelos Matemáticos

El estudio de la restauración de lagos y embalses eutróficos es abordado a través de la formulación de problemas de optimización dinámica sujetos a sistemas PDAE complejos que representan los procesos biogeoquímicos que se llevan a cabo en cuerpos de agua. El modelo incluye fitoplancton, zooplancton, peces, nutrientes, oxígeno disuelto y carbono orgánico. Se formularon problemas de control óptimo para la implementación de tres estrategias de restauración de la calidad del agua y sus combinaciones: remoción de nutrientes, aireación y biomanipulación. Los resultados numéricos indican que la combinación de la construcción de humedales artificiales junto con la remoción de peces zooplanctívoros podrían llevar a la mejora de la calidad del agua en el corto y largo plazo.We address restoration of eutrophic lakes and reservoirs through the formulation of dynamic optimization problems subject to complex PDAE systems representing biogeochemical processes in the water bodies. The model includes phytoplankton, zooplankton, fish, nutrients, DO, particulate and dissolved carbon dynamics. An optimal control problem for the implementation of three different restoration techniques and their combinations has been formulated within a control vector parameterization approach. Numerical results indicate that the combination of artificial wetland with zooplankivorous fish removal would lead to. the water quality improvement in the short and long termFil: Estrada, Vanina Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Di Maggio, Jimena Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaJornadas de Agua del Sudoeste BonaerenseBahÍa BlancaArgentinaUniversidad Nacional del Su

Integrated mathematical models for drinking water reservoirs and constructed wetlands as a tool for restoration planning

In this work, we propose the integration of mechanistic models for eutrophic reservoirs and constructed wetland within a dynamic optimization framework for the optimal design of wetlands for water quality restoration purposes. A partial differential equation system results from dynamic mass balances for the main biogeochemical variables in both reservoir and wetland. The integrated model is formulated as an optimal control problem within a control vector parameterization approach. The optimization model includes wetland areas as design variables and the fractions of tributaries that are diverted through the wetlands as control variables. The objective function is the minimization of the sum of the integral of the quadratic difference between total phosphorus concentration and a desired value below eutrophication limits and the integral of the quadratic difference between total nitrogen concentration and a desired value below eutrophication limits, along a twelve-year time horizon. The case of study is the eutrophic Paso de las Piedras Reservoir which supplies drinking water to two cities in Argentina, and it has two tributaries which run through an important agricultural area in the region. Numerical results provide: a) the optimal areas for constructed wetlands next to tributaries, b) optimal temporal profiles for diverted fraction of tributaries through wetlands, and c) temporal profiles of the main biogeochemical variables within the lake and the wetlands. The integrated model, which constitutes a useful management tool for a more rational planning of water quality restoration.Fil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Di Maggio, Jimena Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Estrada, Vanina Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentin

Monitoreo y Determinación de la presencia de Microcistinas en el Embalse Paso de las Piedras

Uno de los principales problemas asociados a los blooms de cianobacterias ocurridos de manera recurrente en cuerpos de agua destinados a consumo humano o animal, es la producción de cianotoxinas. Con el objetivo de determinar la presencia microcistinas producidas por cianobacterias en agua cruda del Embalse Paso de las Piedras, se realizaron análisis cuantitativos mediante HPLC/PDA, en el espectro UV-visible para la detección y cuantificación de tres tipos de microcistinas: MC-LR, MC-RR y MC-YR. Se detectaron microcistinas MC-RR y MC-LR en febrero de 2019 por primera vez, lo que sugiere realizar monitoreos y controles más frecuentes.Fil: Estrada, Vanina Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Di Maggio, Jimena Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Fritz, Laura Jesica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Biología, Bioquímica y Farmacia; ArgentinaFil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaJornadas de Agua del Sudoeste BonaerenseBahia BlancaArgentinaUniversidad Nacional del Su

Estudio de la dinámica del plancton del embalse Paso de las Piedras (Buenos Aires, Argentina) a través datos de campo y modelado matemático

El Embalse Paso de la Piedras (Buenos Aires) es la principal fuente de agua potable para las ciudades de Bahía Blanca y Punta Alta. Debido a su estado trófico, sufre reiteradas proliferaciones de cianobacterias y algas eucariotas que dificultan el proceso de potabilización y comprometen la salud pública y del ecosistema. En este trabajo se estudió la dinámica estacional de los principales grupos de fitoplancton (cianobacterias, diatomeas, clorófitas y dinófitas) y de mesozooplancton (cladóceros y copépodos), y su relación con las concentraciones de nutrientes (fósforo, nitrógeno, sílice y hierro) y de las principales variables fisicoquímicas y meteorológicas. El estudio comprende muestreos realizados en dos profundidades de la columna de agua (subsuperficial y 10 m) durante los años 2015 y 2016. Por otra parte, estos datos se utilizaron para calibrar un modelo mecanístico de calidad de agua desarrollado previamente para el embalse que describe la dinámica temporal y espacial de las principales variables biogeoquímicas formulado en un marco de optimización dinámica. No se encontraron diferencias significativas entre la biomasa media estacional de los distintos grupos de fitoplancton y de los géneros de zooplancton, excepto para las cianobacterias en otoño. Por otra parte, se encontraron correlaciones lineales entre: la temperatura y la biomasa de cianobacterias, clorófitas y dinófitas; la radiación solar y la biomasa de diatomeas y dinófitas; las concentraciones de fósforo y la biomasa de diatomeas y de dinófitas; las concentraciones de hierro y la biomasa de cianobacterias; las concentraciones de zooplancton (tanto cladóceros como copépodos) y la de clorófitas. Finalmente, se obtuvieron los valores óptimos de los parámetros más sensibles del modelo logrando un buen ajuste a los datos experimentales, permitiendo tener una herramienta computacional para la evaluación de estrategias óptimas de restauración de la calidad del agua y la evaluación de sus efectos sobre los principales componentes del ecosistema.Fil: Fritz, Laura Jesica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Privitera Signoretta, Ivan Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Estrada, Vanina Gisela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; Argentina9º Congreso Argentino de LimnologíaEsquelArgentinaCentro de Investigación Esquel de Montaña y Estepa PatagónicaUniversidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosc

Mathematical modelling for ecohydrological management of an endangered endorheic salt lake in the semiarid Pampean region, Argentina

In this work, we propose a mathematical model within a dynamic optimization framework to address the management of a salt lake in a semiarid region in Argentina (Chasicó Lake). The main objective is to elaborate strategies to control recurrent floods and keep salinity values around the physiological optimum for the high-commercial value fish silverside. The model comprises dynamic mass balances for water and salt, as well as evaporation calculation based on energy and momentum balances on a daily basis. A collection of meteorological and hydraulic data in the basin for several decades and bathymetric information is included. The simulation of different scenarios with historical data provide a deeper insight into the ecohydrological dynamics of Chasicó Lake basin. Model predictions under moderate drought conditions, with rainfall about 70% of the historic average, show a large increase in salinity after three years under that setting. This would induce drastic changes in ecological conditions producing fish mass mortality, what likely occurred repeatedly throughout the lake's history, since such dry periods occurred repeatedly during the analyzed 1911‐2016 period. The comparison between drought and wet scenarios indicates a differential vulnerability dynamics in which the system shows less resistance to the effects of drought than to those due to floods. The proposed model allows the determination of optimal lake tributary diversion flowrate to prevent flooding of croplands, keeping lake salinity within optimal values for silverside, and providing water for the creation of wetlands for wildlife and an artificial reservoir for alleviation of wet period effects.Fil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Kopprio, Germán Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Raniolo, Luis Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería; ArgentinaFil: Gomez, Eduardo Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Lara, Ruben Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentin

Ecosystem Services Valuation and Ecohydrological Management in Salt Lakes with Advanced Dynamic Optimisation Strategies

In this work, we propose a mathematical model within a dynamic optimization framework to address management and economic valuation of ecosystem services in a salt lake basin, located in a semiarid region in Argentina (Chasicó Lake). Ecosystem services are valuated by considering water, land and food provision, water flows and disturbance regulation, as well as cultural aspects. Numerical results provide useful insights on optimal management strategies effects and how they can improve services provided by the ecosystem under study.Fil: Siniscalchi, Amira Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: García Prieto, Carla Valeria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; ArgentinaFil: Gomez, Eduardo Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Bahía Blanca. Geia; ArgentinaFil: Raniolo, Luis Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Lara, Ruben Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto Argentino de Oceanografía. Universidad Nacional del Sur. Instituto Argentino de Oceanografía; ArgentinaFil: Díaz, María Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Planta Piloto de Ingeniería Química. Universidad Nacional del Sur. Planta Piloto de Ingeniería Química; Argentina29th European Symposium on Computer Aided Process EngineeringEindhovenPaíses Bajo