Thermal functioning of a tropical reservoir assessed through three-dimensional modelling and high-frequency monitoring

International audienceABSTRACT Urban lakes and reservoirs provide important ecosystem services. However, their water quality is being affected by anthropogenic pressures. The thermal regime is a strong driver of the vertical transport of nutrients, phytoplankton and oxygen. Thermal stratification can modify biogeochemical processes. In this paper, a three-dimensional hydrodynamic model was implemented and validated with high-frequency measurement of water temperature. The simulation results were in agreement with the measurements. For all simulation period, the model performance was evaluated based on hourly values, presenting a maximum RMSE of 0.65 ºC and Relative Error of 2.08%. The results show that high-frequency measurement associated with a three-dimensional model could help to understand and identify the reasons for the changes in the thermal condition of a shallow urban lake. The impact of the stream inflow on the temperature was highlighted, showing that during higher discharge events, when the river temperature is colder than the lake water, it flows into the lake deeper layers. The inflow water sank to the deeper layers where the lake morphology changes. The model showed an impact along the entire lake, showing the importance of monitoring the inflow water temperature. This modelling tool could be further used to study specific patterns of reservoir hydrodynamics.RESUMO Lagos e reservatórios urbanos fornecem importantes serviços ecossistêmicos. Porém, a qualidade da água está sendo afetada por diversas pressões antrópicas. O regime térmico é de particular importância no transporte vertical de nutrientes, fitoplâncton e oxigênio. A estratificação térmica dos reservatórios pode modificar processos biogeoquímicos. Nesse artigo, um modelo hidrodinâmico tridimensional foi implementado e validado com medição de temperatura da água em alta frequência. Os resultados das simulações ficaram de acordo com os dados medidos. Para todos os períodos simulados, o desempenho do modelo foi avaliado com base em valores horários, apresentando raiz quadrada do erro quadrático médio de 0,65 ºC e erro relativo de 2,08%. Os resultados mostram que as medições de alta frequência associada ao modelo tridimensional ajudaram a compreender e identificar as causas das alterações na condição térmica de um lago urbano raso. O impacto de uma vazão afluente na temperatura do reservatório foi evidenciado, mostrando que durante eventos de grandes vazões, quando a temperatura do rio é mais fria que a temperatura do lago, ocorre o escoamento desta vazão pelas camadas mais profundas. A vazão afluente mergulha para camadas mais profundas onde a morfologia do lago se altera. O modelo mostrou um impacto por todo o lago, mostrando assim a importância de monitorar a temperatura da água afluente. Essa ferramenta numérica poderá ser futuramente utilizada para estudos sobre padrões específicos hidrodinâmicos do reservatório