Computational simulation of duckweed population growth rate in Lake Maracaibo 

Gustavo Badell¹, Janett Flores¹, José Rincón² y María Rubio¹ 

¹Departamento de Hidráulica, Escuela de Ingeniería Civil.
²Laboratorio de Simulación Computacional, Dpto.de Energía, Escuela de Ingeniería Mecánica. Facultad de Ingeniería, Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela. Telf. 58-261-7598742. gust687@hotmail.com , janettbfn@gmail.com  

Abstract 

The present work has the purpose of determining the zones of highest growth rate of Lemna sp (duckweed) in Lake Maracaibo using a hydrodynamic circulation model (MIKE 3), and a mathematical model to estimate the rate of growth of this aquatic plant. The proposed mathematical model is developed starting from a study on modeling duckweed growth as a function of nitrogen carried out by Landesman, affected additionally by phosphorus, salinity and temperature parameters. After fitting the mathematical model to lake conditions, it is introduced to the computational hydrodynamic model to simulate growth of duckweed from january to november, which comprises a dry and a rainy season, characteristic of the area. The results of the simulations are compared with images of the lake from the MODIS the satellite, showing similarities in the areas of higher growth of duckweed. Also an analysis month by month of the results is carried out, finding differences among the dry and rainy seasons; with an increase of the potential of growth of duckweed towards the rainy season in the Lake as well as in the strait of Maracaibo. 

Key words: 

Duckweed, hydrodynamic model, computational simulation, Mike3, Lake Maracaibo. 

Simulación computacional del crecimiento
de la población de Lemna sp en el Lago de Maracaibo 

Resumen 

El presente trabajo tiene como finalidad determinar las áreas de mayor reproducción de Lemna sp en el Lago de Maracaibo, incorporando en el modelo hidrodinámico MIKE 3 un modelo matemático que estima la tasa de crecimiento de Lemna sp considerando los parámetros que influyen en la misma. El modelo matemático propuesto es desarrollado a partir de un estudio previo sobre modelaje de crecimiento de Lemna en función del nitrógeno, realizado por Landesman, afectado adicionalmente por los parámetros fósforo, salinidad y temperatura. Luego de ajustar el modelo matemático a las condiciones del Lago es introducido al modelo computacional hidrodinámico para simular el crecimiento de Lemna sp en los meses de enero a noviembre; etapa que abarca los períodos seco y lluvioso característicos de la zona. Los resultados de las simulaciones son comparados con imágenes del satélite MODIS, obteniéndose coincidencias en las zonas de mayor crecimiento de Lemna sp. También se realiza un análisis mes a mes de los resultados, encontrando diferencias entre los períodos seco y lluvioso; con un aumento del potencial de crecimiento de Lemna sp en el período lluvioso tanto en la bolsa del Lago como en el estrecho de Maracaibo. 

Palabras clave: 

Lemna sp, modelo hidrodinámico, simulación computacional, Mike3, Lago de Maracaibo. 

Referencias Bibliográficas 

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Recibido el 20 de Noviembre de 2007 

En forma revisada el 31 de Julio de 2008