Oficina Hidroacústica

Oficina Hidroacústica Dr. Lauro Saint Pastous Madureira (FURGS, RS) José Fernandes Bezerra Neto (UFMG) Coordenação: Ricardo M. Pinto-Coelho (UFMG) ______________ XII Congresso Brasileiro de Limnologia Gramado, 24 de agosto de 2009 Compensação de perda do sinal acústico nos métodos de ecocontagem (esq.) e ecointegração (dir.) através da função TVG. A variável v1(t) é o sinal não comprimido que é proporcional à amplitude do eco. A taxa de recepção do sistema a(t) cresce com o tempo de modo que o sinal de saída v(t) = a(t).v1(t) é totalmente independente da amplitude para alvos similares. No caso da ecocontagem usamos a função 40logR. Já no caso da ecointegração usamos a função 20logR. A representação gráfica ilustra o princípio dos dois métodos. Os sinais acústicos dos peixes (ecoalvos) nos canais R1 e R2 são enviados a um integrador que irá gerar uma função integrada E (i varia de t1 a t2). A integração é realizada entre os tempos t1=2R1/c e t2=2R2/c depois da emissão de V(t). O pulso refletido que é transmitido a um receptor que compensa a perda do sinal através da função TVG (20logR), a(t) gerando a função final v(t) que será integrada produzindo a estimativa final E (Mac Lennan & Simmonds,1992) Existem duas metodologias básicas para o estudo de peixes através da hidroacústica: (a) ecocontagem; (b) ecointegração. As sondas modernas são capazes de operar com as duas ferramentas. Ecocontagem TVG – 40logR Ecointegraçao TVG – 20logR A pesquisa com uma sonda hidroacústica pode ser feita tanto a partir de alvos pontuais quanto sobre vastas áreas ou alvos em diversos pontos da coluna de água, próximos aos sedimentos ou abaixo dele. Transdutor Hidroacústico Multibeam Trata-se do componente mais importante de um sistema hidroacústico. A sonda deve estar equipada com um transdutor adequado para a pesquisa que se pretende realizar. Um sistema hidroacústico compreende os seguintes componentes: - Sonda hidroacústica. - Transdutor(es). - Computador portátil (lap top, note book ou palm top) com o software adequado. - Fonte de energia com corrente alternada estabilizada. - Aparelho de posicionamento assistido por satélites (D-GPS ou GPS). - Suportes de fixação. - Embarcação adaptada para receber o sistema completo. Observação: o uso dessa metodologia requer uma equipe bem capacitada e devidamente treinada em executar trabalhos de campo com o uso de equipamentos sofisticados. É muito importante planejar cuidadosamente toda a logística dos trabalhos de campo. Hastes e suportes desenvolvidos pelo LGAR-UFMG Sonda Biosonics DT-X Transdutor (200 KHz) D-GPS com antena cinemática Lap Top com Software Visual Acquisiton (Biosonics, Inc) c/ portal Ethernet Sistema Hidroacústico Biosonics Nova Ponte, fevereiro de 2008 Entrada de energia elétrica (127V, 60 Hz) Entrada para o D-GPS ou GPS convencional Entrada para dois transdutores (30 e 200 Mhz), por exemplo Extensão para porta RS 232 O LGAR dispõe hoje de toda a infra-estrutura para a realização de estudos com a sonda hidracústica em diferentes pontos do Brasil. Aqui, o preparo para os estudos de campo em Nova Ponte, Fevereiro de 2008. Operação da sonda Biosonics DT-X Esfera de carbeto de tungstênio, usada para a Calibração do sistema acústico Biosonics DT-X Lagoa Santa, RMBH, Outubro de 2007. Posicionamento do transdutor A correta disposição do transdutor na embarcação é de fundamental imortância para ser garantir a eficácia da prospecção. O sistema desenvolvido pelo LGAR permite inclusive o posicionamento do transdutor em diferentes ângulos cobrindo a faixa 090 graus em relação ao eixo vertical, visto na figura ao lado. Posicionamento do transdutor O LGAR desenvolveu suportes especiais que permitem o posicionamento do transdutor em terra para que se possa fazer prospecções a partir de locais fixos tais como a margem de um canal de transposição de peixes em um reservatório. Hidroacústica em Lagos do Médio Rio Doce, MG Médio Rio Doce - uma “usina” de novas teorias em Ecologia. No médio rio Doce, existe um dos maiores distritos lacustres do Brasil. O lago D. Helvécio não é somente é um dos principais lagos da região mas também um dos lagos mais estudos do Brasil pelos limnólogos. Fig. – Lago Dom Helvécio, distrito lacustre do médio rio Doce. Extinções locais da ictiofauna Aumento da biomassa algal e impactos generalizados na biota aquática e possivelmente do entorno imediato Introdução de Peixes Exóticos Tucunaré + Piranha Extinções locais (ictiofauna nativa) Aumento das densidades de chaoboriade (keystone species) Forte pressão sobre o micro-zooplâncton herbívoro (Bosmina e Ceriodaphnia), com predomínio de rotíferos Aumento na densidade de algas e piora da qualidade de água com estabelecimento de condições eutróficas em plena oligotrofia nutricional. UFMG – ICB – Depto. Biologia Geral, Lab. Gestão Ambiental de Reservatórios Ecosinal no Tempo Frequência do som (dB) Cardume Metalimnon Uma das características que mais chama a atenção dos limnólogos ao se depararem com um ecograma dos lagos do médio rio Doce é a grande quantidade de larvas de chaoboridae que se concentram no hipolímnion durante o dia. Profundidade Gases (Metano, etc) Chaoborus Fundo do lago Repetição dos ecosinais nas diferentes camadas de sedimentos Fig. – Ecograma típico da zona limnética do lago D. Helvécio (Maio de 2007). MVD de Chaoborus em relação à distribuição dos peixes no Lago D. Helvécio Parque Estadual do Rio Doce, Minas Gerais. Ecograma obtido com a sonda Biosonics DT-X acoplada a um transdutor de 200 MHz. Ecograma, Lago D. Helvécio 09 de Maio de 2008 16 horas Ecograma, Lago D. Helvécio 09 de Maio de 2008 19 horas Uma das predições dessa teoria: - “Em lagos onde não existe a presença das espécies exóticas piscívoras as densidades de Chaoborus spp. seriam extremamente reduzidas”. Lagoa Malba: sem espécies exóticas piscívoras Lagoa Jacaré: Grande densidades de espécies exóticas piscívoras Densidade de larvas de chaoboridae nas lagoas Jacaré e Malba, tomadas com uma rede cônica (200 um mesh, diâmetro = 90 cm) no dia 26 e 27 de junho de 2008, nos mesmos dias e locais onde foram feitas as sondagens hidroacústicas. Lagoa Jacaré Instars Contagem Total Amostra Org/m3 % I e II 132 330 51 413 III e IV 125 312.5 49 391 0 0 0 642.5 100 803 Pupa 257 TOTAL Lagoa Malba Instars Contagem Total Amostra I e II 13 30 100 54 III e IV 0 0 0 0 0 0 0 30 100 54 Pupa TOTAL 13 Observação: amostras triadas e contadas por Nelson Mello. % Org/m3 A hidroacústica foi crucial para validar algumas das predições mais importantes da teoria da “cascata trófica” invertida. Nuvem de Chaoborus Lagoa Malba, Médio Rio Doce Junho de 2008 Lagoa do Jacaré, Médio Rio Doce Junho de 2008 Ecograma obtido com a sonda DT-X processado com o software VBT analyser. A Lagoa Malba é uma das poucas lagoas do distrito lacustre do médio rio Doce que ainda não está infestada pelas espécies piscívoras invasoras, tucunaré e piranha. Como seria de se esperar, as densidades de Chaoborus são praticaente não detectáveis pela sonda Biosonics DT-X MVD de Chaoborus no Lago, D. Helvécio, MG Maio de 2009. A sonda Biosonics DT-X foi eficaz para descrever o movimento migratório de larvas de chaoboridae no Lago D. Helvécio, o mais profundo lago natural do Brasil. C.A. O. Santos, M.M. Ribeiro & N.S. Hemetrio. 2009. Quantificação das velocidades de migração vertical de Chaoborus no Lago D. Helvécio. Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre da UFMG, Disciplina de Ecologia de Comunidades, UFMG, Belo Horizonte, MG. 1 Semestre de 2009 Orientação: R. Pinto-Coelho, J.F. Bezerra-Neto & A. Vieira Outra predição dessa teoria: “Uma vez que as densidades de Chaoborus são muito elevadas nos lagos com espécies exóticas de peixes piscívoros, então haverá outros impactos ecológicos nas comunidades associadas tais como o nécton, nêuston (vide adiante), bentos, etc”. Predação de Martarega uruguayensis (Heteroptera-Notonectidae) sobre Chaoborus sp. (Diptera-Chaoboridae) Nelson A. S. T. Mello 1,4, Paulina M. Maia-Barbosa 1, João A.Valsecchi 4, José F. Bezerra-Neto 3, Ricardo M. Pinto- Coelho 3, Pedro M. Barbosa 2 & Francisco A.R.Barbosa 2] Cardumes de peixes A hidroacústica pode ser uma ferramenta útil para testar várias hipóteses relacionadas à Ecologia de polulações de peixes, estrutura da comunidade planctônica e ainda em relação ao metabolismo anaeróbico de lagos tropicais. Lago D. Helvécio 13 de maio de 2007 Bolhas de gases nos sedimentos As primeiras prospecções com a sonda Biosonics DTX realizadas no Lago D. Helvécio demonstraram a sua eficácia em identificar bancos de macrófitas submersas, cardumes de peixes, manchas de chaoboridae e zonas com grande concentrações de gases nos sedimentos. Bolhas de ar em ascenção Reservatório do Nado Belo Horizonte, MG A sonda Biosonics DT-X é capaz de identificar a subida de bolhas de ar provenientes do sedimentos de lagos e resevatórios. Já existem vários trabalhos na literatura que usam essa ferramenta para estudar a dinâmica de gases nesses sistemas. Peixes Chaoborus Gases nos sedimentos Fig. – Subida de bolhas de gases a partir dos sedimentos. Reservatório do Nado, BH, MG. Ecograma obtido com a embarcação parada e ancorada no centro do pequeno reservatório (ecograma obtido no início da noite). Ao sairem dos sedimentos, as larvas de chaoboridae liberam uma enorme quantidade de gases que sobem então pela coluna de água. O papel dos chaoboridae no ciclo de carbono dos lagos tropiais está sendo desvendado pela equipe do LGAR com o auxílio da hidroacústica. A hidroacústica é capaz de identificar e mapear zonas de sedimentos com grande concentração de gases provenientes do metabolismo anaeróbico (CH4, H2S, NOx, etc) B. R. N. Chaves, C.P. Marcolino, D.F. Dias,E. K. L. Batista & I.M. Coelho Abreu. 2009. Distribuição espacial das fontes de metano associadas a zona litorânea do Lago D. Helvécio. Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre da UFMG, Disciplina de Ecologia de Comunidades, UFMG, Belo Horizonte, MG. 1 Semestre de 2009. Orientação: R. Pinto-Coelho, J.F. Bezerra-Neto & A. Vieira Avaliação da distribuição espaço-temporal da densidade e biomassa de peixes. Uma das principais aplicações do método hidroacústico é no mapeamento da distribuição de peixes em lagos e reservatórios. Essa técnica se precedida ou combinada a censos regulares da ictiofauna poderá ser uma ferramenta extremamente útil na gestão dos recursos da pesca nas águas continentais. Peixes na Pampulha, Belo Horizonte (MG) Fig. Distribuição de ecoalvos associados a peixes na represa da Pampulha (maio de 2008). Bezerra Neto & Pinto Coelho (in prep). Peixes em Lagoa Santa (MG) Fig. – Carta ilustrando a distribuição horizontal de ecoalvos típicos de peixes na Lagoa Central (Lagoa Santa). No detalhe, uma outra representação dos alvos acústicos. Dissertação de mestrado de Ludmila Brighenti (2009). Peixes no Lago D. Helvécio, médio rio Doce (MG) F. Leite, G. Freitas, L. Cotta,T. Cotta, T. Pezzuti. 2009. Distribuição espacial da ictiofauna no Lago D. Helvécio. 2009. Programa de Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre da UFMG, Disciplina de Ecologia de Comunidades, UFMG, Belo Horizonte, MG. 1 Semestre de 2009 Lago D. Helvécio. Orientação: R. Pinto-Coelho, J.F. Bezerra-Neto & A. Vieira Peixes no Canal da Piracema, Itaipu (PR) Fig. – Distribuição horizontal das densidades de peixes no lago do canal de transposição de peixes de Itaipu (Canal da Piracema), em junho de 2009. Carta gerada por Bezerra-Neto et cols. 2009. Hidroacústica em Nova Ponte, MG Hidroacústica Aplicada a Aquicultura A hidroacústica pode ser muito eficiente para estudar o efeito atrator dos tanques redes e tablados de pesca sobre a ictiofauna de um reservatório. Essa ferramenta pode ainda ser útil na delimitação de paliteiros e outros fatores importantes para a alocação das áreas aquícolas. Pinto-Coelho, R.M., J. Bezerra-Neto, Gonzaga, A.V. & E. Vieira. 2009. Uso da hidroacústica na delimitação dos Parques Aqúcolas na Represa de Nova Ponte Rio Araguari, Minas Gerais. Local de Estudo Represa da Nova Ponte Níveis mínimos e máximos de operação UHE Nova Ponte Ecoalvos Fundo Represa de Nova Ponte Distribuição Espacial da Ictiofauna Reservatório de Itaipú peixes Vegetação ripária submersa Gases nos sedimentos Ecograma da calha central em região próxima à barragem, tomada em junho de 2009. O ecograma mostra que a sonda é capaz de determinar com precisão profundidades acima de 140 metros. A vegetação ripária remanescente, bancos de gases nos sedimentos e diversos ecoalvos associados aos peixes podem ainda serem vistos nesse ecograma. É interessante observar existência de seis camadas com diferentes sinais acústicos ao longo da coluna de água que podem estar associadas a diferentes aspectos físicos ou químicos da água. As prospecções hidroacústicas geralmente demandam uma abordagem multi-disciplinar para a seu correta interpretação. Muito obrigado! Ricardo M. Pinto Coelho Setor de Ecologia Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal de Minas Gerais E-mail: [email protected] http://www.icb.ufmg.br/~rmpc