2008 - Estudio de La Pluma de Descarga Del Emisario Submarino Codelco, V Región - A.olivares Uv

Estudio de la Pluma de Descarga del Emisario Submarino Codelco, V Región ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

FACULTAD DE CIENCIAS DEPARTAMNETO BIOLOGÍA Y CIENCIAS AMBIENTALES CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

“ ESTUDIO DE LA PLUMA DE DESCARGA DEL EMI SARIO SUBMA RINO CODELCO, V REGIÓN”

TRABAJO DE TITULACIÓN PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO AMBIENTAL

ALEJANDRO JOSÉ OLIVARES ALARCÓN

PROFESOR GUÍA: PATRICIO WINCKLER GREZ INGENIERIA CIVIL OCEÁNICA UNIVERSIDAD DE VALPARAISO Valparaíso, 2008

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Alejandro Olivares Alarcón


ÍNDICE GENERAL Pág. RESUMEN...................................................................................................................... 6 AL CANCE Y ESTRUCTURA......................................................................................... 7 1. MARCO TEÓRICO.................................................................................................... 8 1.1. CONTEXTO GENERAL.........................................................................................

8

1.1.1 Problemas en la calidad del agua costera...............................................

8

1.1.2 El manejo de la calidad del agua costera................................................

8

1.2. LA MODELA CIÓN DE SISTEMAS........................................................................ 11 1.2.1. Modelación de sistemas marinos............................................................

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1.3. HIDRODINÁMICA SUBMARINA............................................................................ 15 1.4. EMISARIOS SUBMARINOS.................................................................................. 16 1.4.1. Procesos involucrados en la dilución de contaminantes Descargados en emisarios submarinos............................................................

18

1.4.2. Objetivos centrales del diseño de un emisario submarino para eliminación de residuos líquidos......................................................................

22

1.4.3. Difusores................................................................................................

22

1.5. DESCRIPCIÓN MODELOS..................................................................................

23

1.5.1. Visual plumes, modelo hidrodinámico para campo cercano................... 1.5.2. RMA2, modelo hidrodinámico para campo lejano...................................

24 25

1.5.3. RMA4, modelo de dispersión para transporte de contaminantes............

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2. PROBLEMA ............................................................................................................

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3. OBJ ETIVOS........................................................................................... .................

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3.1 Objetivo general..............................................................................................

29

3.2 Objetivos específicos......................................................................................

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4. METODOLOGÍA..................................................................................................... 4.1 Determinar las condiciones hidrodinámicas en la zona Bahía Quintero......... 4.2 Determinar las dimensiones y comportamiento de la pluma contaminante

30 30

descargada por el emisario submarino Codelco...................................................

31

4.3 Interpretación de los resultados......................................................................

32

4.4 Cronograma de actividades............................................................................

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5. ASPECTOS GENER AL ES DEL EMISARIO CODELCO .......................................

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5.1. DATOS DE DISEÑO...........................................................................................

34

5.2. CARACTERIZACIÓN RESIDUOS LÍQUIDOS FRV.........................................

35

5.2.1. Residuos Urbanos Líquidos................................................................ 5.2.2. Aguas de Refrigeración......................................................................

35 35

5.2.3. Residuos Industriales Líquidos..........................................................

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5.3. CONDICIONES NATURAL ES B AHÍA QUINTERO............................................

36

5.4. CONSIDERACIONES AMBIENTAL ES...............................................................

37

5.4.1. Zona de protección litoral………............................................................

38

5.2.2 Normativa ambiental aplicable………......….......….......…......................

38

6. ANALISIS AMBIENTAL .......................................................................................... 6.1. RESTRICCIONES DEL ENTORNO.....................................................................

40 40

6.1.1 Restricciones físicas...............................................................................

40

6.1.2 Restricciones ambientales......................................................................

40

6.2. DETERMINACIÓN DE LA DILUCIÓN INICIAL ....................................................

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6.3. MODELACIÓN DE LA DISPERSIÓN Y DECAIMIENTO DEL CONTAMINANTE ...............................................................................................

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6.3.1 Marco conceptual....................................................................................

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6.3.2 Simulación con modelo hidrodinámico RMA2.........................................

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6.3.3 Calibración modelo hidrodinámico RMA2...............................................

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6.3.3 Calibración modelo hidrodinámico RMA2............................................... 6.3.4 Simulación con modelo de dispersión RMA4..........................................

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7. ANA LISIS HIDRÁULICO DIFUS OR.......................................................................

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8. CONCLUSIONES....................................................................................................

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8.1. CONFIGURACIONES PROPUESTAS PARA EL EMISARIO SUBMARINO...............................................................................................................

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8.2. RECOMENDACIONES FINALES........................................................................

70

9. BIBL IOGRAFIA Y REFERE NCIAS.......................................................................

72

9.1. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................

72

9.2. REFERENCIAS...................................................................................................

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ANEXOS...................................................................................................................... 75 ANEXO A:

CARACTERIZACIÓN RESIDUOS LÍQUIDOS

FUNDICIÓN Y REFINERÍA VENTANAS.......................................................................

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ANEXO B: EXTRACTO D.S. Nº90/2000 (MINSEGPRES) .......................................

79

ANEXO C: EXTRACTO NCh 1.333 of.78 (MOP) ....................................................

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ÍNDICE FIGURAS Figura 1-1: Metodología para el manejo de la calidad del agua costera.......................

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Figura 1-2: Concepto de modelación simple................................................................

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Figura 1-3: Organigrama para el estudio de los efectos de vertidos continuos y esporádicos de un saneamiento...................................................................................

14

Figura 1-4: Flujo de velocidades en corriente...............................................................

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15

Figura 1-7: Bases Funcionales de un emisario submarino...........................................

17

Figura 1-8: Esquema emisario submarino....................................................................

17

Figura 1-9: Campos de incidencia X, Y, Z en el movimiento de una pluma de descarga..........................................................................................

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Figura 1-10: Pluma simple, con flujo de corriente en medio no estratificado...............

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Figura 1-11: Pluma simple, con flujo de corriente en medio estratificado...................

20

Figura 1-12: Pluma múltiple en ambiente sin corriente no estratificado......................

21

Figura 1-13: Pluma múltiple en ambiente sin corriente estratificado...........................

21

Figura 1-14. Vista de sección transversal y lateral de un difusor multiorificio............

23

Figura 4-1: Cronograma de actividades......................................................................

33

Figura 5-1: Ubicación del emisario en la bahía de Quintero.......................................

34

Figura 5-2: Coordenadas inicio emisario Codelco......................................................

35

Figura 5-3: Datos de diseño emisario Codelco...........................................................

35

Figura 6-1: ZPL y áreas de manejo en bahía de Quintero..........................................

41

Figura 6-2: Cuadro de contaminantes descargados y su cumplimiento de la normativa............................................................................................................

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Figura 6-3: Resumen de modelaciones para determinación de dilución inicial..........

43

Figura 6-4: Comportamiento vertical para pluma caso 1............................................

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44

Figura 6-7: Características malla de integración.........................................................

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Figura 6-8: Malla de integración indicando emisario, zpl y áreas de manejo…..........

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Figura 6-8: Batimetría SHOA aplicada a la malla de integración.................................

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Figura 6-9: Malla de integración vista 3D....................................................................

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Figura 6-10: Análisis de persistencia de corrientes entre el 29/07/91 y el 22/10/91....

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Figura 6-11: Escenario de simulación para modelo RMA2.........................................

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Figura 6-12: Campo de corrientes escenario A...........................................................

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Figura 6-13: Campo de corrientes escenario B...........................................................

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Figura 6-14: Ubicación correntómetro utilizado en la calibración................................

52

Figura 6-15: Histograma de comparación modelación de dirección de corrientes, escenario A................................................................................................................. Figura 6-16: Histograma de comparación modelación de dirección de corrientes,

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escenario B.................................................................................................................

53

Figura 6-17: Resumen de modelaciones realizado para sensibilización por viento...

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Figura 6-18: Ubicación del nodo de pruebas en la malla de integración.....................

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Figura 6-19: Resumen de sensibilización por el factor viento......................................

55

Figura 6-20: Gráfico de velocidades de corriente para el eje X...................................

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Figura 6-21: Gráfico de velocidades de corriente para el eje X...................................

56

Figura 6-22: Ubicación en planta de los puntos de sensibilización para señales de marea.......................................................................................................... 57 Figura 6-23: Señal de marea para condición de borde................................................. 58 Figura 6-24: Señales de marea registradas superpuestas en la señal srcinal............ 58 Figura 6-25: Escenarios de simulación para el modelo RMA4..................................... 60 Figura 6-26: Simulación 1-A, estado actual sin difusor, escenario A............................

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Figura 6-27: Simulación 1-B, estado actual sin difusor, escenario B............................

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Figura 6-28: Simulación 2-A, emisario con difusor, escenario A..................................

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Figura 6-29: Simulación 2-B, emisario con difusor, escenario B..................................

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Figura 6-30: Simulación 3-A, alargue a 1000m y difusor, escenario A........................

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Figura 6-31: Simulación 3-B, alargue a 1000m y difusor, escenario B........................

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Figura 7-1: Características para las boquillas del difusor............................................

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Figura 7-2: Diámetros de las boquillas del difusor telescópico....................................

68

Figura 8-1: Detalles de diseño propuesta emisario......................................................

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Figura 8-2: Detalles de diseño, propuesta difusor emisario submarino.......................

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RESUMEN Las poblaciones actuales dependen fuertemente de los valores naturales y económicos presentes en las zonas litorales para llevar a cabo su desarrollo. Esto se comprueba en el número de personas viviendo en las regiones costeras, en que el área comprendida dentro de los 200 kilómetros desde el borde costero alberga a más del 50 % de la población mundial. Estos valores son entonces perturbados por la adición al mar de sustancias residuales provenientes de las actividades desarrolladas en tierra. Una de las alternativas con creciente aplicación, sobre todo en países en desarrollo, es la implementación de emisarios submarinos como método para tratar las aguas residuales, aprovechando la capacidad dilutiva y depuradora del mar. Para demostrar la conformidad con los valores de las Normas de Calidad Medioambiental vigentes en la normativa chilena se recomienda que tanto descargadores como autoridades promuevan el uso de sistemas de predicción para la distribución y concentración de sustancias en los cuerpos receptores. Esto es valido tanto para las descargas existentes (diagnostico) así como para descargas futuras (predicción). El presente estudio está orientado a determinar el comportamiento de la pluma contaminante proveniente del emisario Codelco de Fundición y Refinería Ventanas tanto en su estado actual como en los casos de agregado de un difusor con la longitud actual y, aumento de la longitud para lograr una descarga fuera de la zona de protección litoral, Esto se realizará mediante modelación computacional empleando los modelos Visual Plumes para dilución inicial, RMA2 para la simulación hidrodinámica y RMA4 para transporte de contaminantes utilizando los antecedentes oceanográficos recopilados por INGEMAR en la época de invierno del año 1991.

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AL CANCE Y ESTRUCTURA El estudio del comportamiento de la descarga de aguas industriales proveniente del emisario submarino Codelco consiste en determinar la distribución en planta que desarrollará el efluente contaminado debido a su dispersión por el arrastre de las aguas y las concentraciones que alcanzará en las zonas de impacto. Esto se realizará determinando los valores en que el efluente contaminado alcanza su equilibrio en la distribución vertical utilizando el modelo Visual Plumes, para así utilizarlos como valores iniciales del modelo de transporte de masa en cuerpos de agua RMA4, que a su vez, funciona sobre el campo de corrientes creado por el modelo hidrodinámico RMA2 en perfecta correspondencia con el fenómeno natural. A continuación se resume el dimensionamiento ambiental e hidráulico del emisario submarino, conformándose según la siguiente estructura: • El capitulo 1 “Marco teórico” da a conocer los argumentos y conceptos en que se •

sustenta el estudio y el conocimiento científico que se tiene acerca del tema. El capitulo 3 “Objetivos” indica los resultados que se busca obtener en este estudio.

•

El capitulo 4 “Metodología” indica los pasos, el sistema y la cronología utilizados para desarrollar el presente estudio.

•

El capitulo 5 “Aspectos generales del emisario CODELCO” presenta los antecedentes de diseño actual del emisario y las condiciones naturales de la bahía, así como los factores ambientales y geográficos a considerar.

• El capitulo 6 “Análisis Ambiental” expone los efectos de la pluma de aguas industriales

en el medio acuático mediante la aplicación de modelos hidrodinámicos para estimar el campo de corrientes de invierno, dilución inicial, dispersión y decaimiento de las aguas contaminantes en el campo lejano. • El capitulo 7 “Análisis Hidráulico” explica el dimensionamiento de los diámetros del

ducto de descarga, difusor y boquillas; siguiendo requisitos funcionales de auto lavado y perdidas de carga. El diseño del difusor se complementa con los requerimientos ambientales presentados en el Capitulo 6. •

El

capitulo

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“Conclusiones”

resume

las propuestas de

configuración

y

recomendaciones finales para el emisario submarino.

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1. MARCO TEÓRICO

1.1. CONTEXTO GENERAL 1.1.1. Problemas en la Calidad del Agua Costera Las aguas costeras representan un recurso de enorme valor natural, económico y paisajístico. Son zonas que albergan una gran variedad de especies, importantes en los ciclos ecológicos y antrópicos. La población costera depende fuertemente de estos valores para llevar a cabo su desarrollo. Esto se comprueba en el número de personas viviendo en las regiones costeras, en que el área comprendida dentro de los 200 kilómetros desde el borde costero alberga a más del 50 % de la población mundial (Hinrichsen, 1998), y respecto a la población de América Latina y el Caribe es aun más litoral alcanzando alrededor del 75 % de sus habitantes. (Hinrichsen, 1998). En Chile esta tendencia no varía, acrecentada por la formación geográfica del país en que existen aproximadamente 4000 kilómetros de costa y en donde las principales ciudades se han conformado en las cercanías de las zonas costeras. (DIRECTEMAR, 2006) Las resultantes presiones medioambientales urbanas, sumadas a las directas alteraciones físicas litorales, afectan fuertemente a la calidad del agua en las costas. Esta alteración de la calidad tiene efectos directos sobre el trabajo y la calidad de vida de la población que habita estas regiones (Seoánez, 2000).

1.1.2. El Manejo de la Calidad d el Agu a Costera Los mecanismos de control de la contaminación incluyen la reducción de contaminantes en la fuente, la reutilización de las aguas residuales, el tratamiento de aguas residuales y su disposición. Los mecanismos de control en la fuente (antes de ingresar al ducto de descarga) son necesarios para prohibir agentes contaminantes persistentes como: hidrocarburos tratados con cloro, agentes de limpieza altamente oxidantes, detergentes, etc.; que no se descomponen en plantas de tratamiento convencionales ni en aguas

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costeras a través de descargas directas. La reutilización de las aguas residuales se aplica, debido a sus altos costos, sólo en regiones costeras con escasez de agua. El tratamiento y posterior disposición marina de aguas residuales es la opción más eficaz en regiones con fuerte aumento en la cobertura sanitaria e industrial (Seoánez, 2000).

El nivel de tratamiento está definido por las necesidades nutritivas y capacidad de asimilación de las aguas receptoras; y su relación con las características del contaminante descargado. Es por ello, que el tratamiento biológico (secundario) de las aguas residuales orgánicas (residuos urbanos) es sólo necesario, si las aguas receptoras no tienen características de intercambio con los océanos y tienden a eutrificar (Ruiz, 1998). Por el contrario, en el caso de las aguas residuales industriales (RIL), debido a su alto contenido de sustancias inorgánicas, el tratamiento químico (terciario) como neutralización del ph o adición de agentes floculantes es fundamental para lograr una asimilación adecuada. Teniendo en cuenta un nivel de tratamiento adecuado para que la descarga no resulte nociva en relación a las cualidades del cuerpo receptor es posible lograr, dependiendo de las características de ambos, que la descarga de residuos sea utilizada como cualquier otra entrada de nutrientes (Ruiz, 1998). Por ello, los sistemas de tratamiento con descarga por emisarios submarinos permiten que las comunidades costeras reduzcan las inversiones en caros equipos de tratamiento completo (reactores de purificación), disminuyendo los costos de mantenimiento y operación, así como también en el exceso de lodos resultantes. Del mismo modo, las industrias solo deben invertir en las plantas de tratamiento secundario y terciario hasta un nivel aceptable de descarga y sumado a su casi imperceptible impacto escénico (operando en condiciones óptimas) explica el aumento mundial de la utilización de emisarios submarinos (Ruiz, 1998). Para demostrar la conformidad con las normas de calidad medioambiental se deben realizar predicciones cuantitativas de las distribuciones de sustancias en los cuerpos receptores (parámetros de calidad del agua, procesos de mezclado, distribución). Esto es sostenido tanto para descargas existentes (diagnóstico) así como para las descargas futuras (predicción) (Jirka et al, 2004).

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Existe una serie de metodologías de diagnostico y predicción para examinar la mezcla en las fuentes puntuales y demostrar conformidad con los valores de las NCM como se observa en la figura 1-1.

Figura 1-1. Metodología para el manejo de la calidad del agua costera Fuente: Jirka et al, 2004

Las necesidades nutritivas y capacidad de asimilación del medio marino que recibirá una descarga líquida, y su relación con las características de los contaminantes descargados son factores que actúan de forma sinérgica y acumulativa; por lo que, una estimación de los efectos del desarrollo de este tipo de proyectos mediante sistemas convencionales (métodos empíricos) o referencias históricas sería poco preciso sino inútil (Lakhan, 2003). Ello motiva que las intervenciones humanas sobre el medio marino requieran un estudio pormenorizado en el que la modelación computacional toma un papel fundamental puesto que logra representar de forma fidedigna las interacciones que se producen en el ecosistema y, dependiendo del nivel de detalle alcanzado, estudiar distintos escenarios (Lakhan, 2003).

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1.2. LA MODELA CIÓN DE SISTEMAS Cuando se desea evaluar los efectos que produciría una determinada alteración en un sistema, y sobretodo en ambientes dinámicos, es muy difícil abarcar todos los escenarios posibles puesto que el número de interacciones potenciales en un ecosistema marino es prácticamente ilimitado. Pero una forma de abarcar este problema es conceptualizarlo transformando las interacciones más relevantes y sus factores, en ecuaciones y datos numéricos respectivamente, para así simplificar la comprensión y análisis de este ecosistema como sistema teórico. Esto se conoce como modelación del problema. (Kiely, 1999) Un modelo es una imagen concebida de la realidad, o una construcción teórica, relativa a ciertos estímulos y respuestas (Lakhan, 2003). Aunque genéricamente modelación significa crear una representación explícita del entendimiento que se tiene de una situación, o de las ideas que se tiene acerca de una situación. Puede expresarse a través de matemáticas, símbolos o palabras, pero es esencialmente una descripción de entidades y las relaciones entre ellas. Puede ser técnico-prescriptivo (determinación de orden o jerarquías) o teórico-ilustrativo (definición de relaciones y causas), pero sobre todo, debe ser útil (González et al. 2001). En las últimas décadas, la modelación se convirtió en una herramienta habitual de diversas disciplinas que buscan explicar o reproducir sus respectivas observaciones (Hinrichsen, 1998). La modelación de procesos ambientales y del transporte de contaminantes se convirtió también en una labor habitual de los científicos e ingenieros modernos (Kiely, 1999). Puesto que la variedad de problemas ambientales que se pueden abordar mediante modelos es enorme. Existen modelos diseñados o paquetes de programas para casi cada tarea que se pueda plantear, ya sea para la determinación de la calidad del aire, la optimización de las rutas para los camiones municipales de transporte de residuos sólidos, la identificación de una

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localización óptima para el vertido de aguas residuales (con objeto de maximizar la mezcla y dilución), o para la difusión de contaminantes en cuerpos de agua (Kiely, 1999). Como se muestra esquemáticamente en la Figura 1-2, la modelación permite determinar los resultados o predecir lo que podría ocurrir a un sistema a partir de un conjunto de datos de entrada.

Figura 1-2. Concepto de modelación simple. Fuente: Kiely, 1999.

El nivel de sofisticación puede variar enormemente entre las diversas implementaciones de los modelos, no obstante, esta depende en general del nivel de comprensión del sistema. Por ejemplo, para modelar la hidrodinámica del flujo de un río, los modelos usados en mayor medida son unidimensionales, es decir, modelos que dan un valor único a la velocidad en cada corte transversal. Aumentando la complejidad, siguen aquellos que manejan variables en dos dimensiones (en direcciones vertical u horizontal), los cuales son los de mayor aplicación por la similitud que se logra con los sistemas naturales y en el extremo más sofisticado se encuentra la solución numérica completa de las ecuaciones que describen el flujo total; es decir, modelación en tres dimensiones (3D) actualmente en etapa de investigación debido a los requerimientos tecnológicos que condicionan su uso (Lakhan, 2003). Algunas veces no se comprende completamente el problema o el sistema no se encuentra bien definido, dando lugar a que el conocimiento y manejo de la simulación sea incompleto. Esta es la situación de muchos problemas reales en el mundo (Hinrichsen, 1998).

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Por ejemplo, el estudio del movimiento de un contaminante en las aguas subterráneas o en el aire puede verse dificultado debido al conocimiento incompleto de algunos de los parámetros de campo, tales como la conductividad hidráulica, la rapidez y dirección del viento o las reacciones químicas que afectan a los contaminantes en su trayecto. Muchos de los problemas se resuelven analíticamente para condiciones en régimen estacionario (es decir, condiciones del problema que no varían con el tiempo) pero en la realidad, la mayoría de los problemas presentan condiciones transientes (cambian con el tiempo) o simplemente no tienen soluciones analíticas, debiendo ser resueltas numéricamente (Kiely, 1999). El análisis y definición del problema para efectos de la modelación difiere poco del utilizado en cualquier otra herramienta de análisis. Especialmente, implica estudiar los procesos físicos, químicos y biológicos, identificar los procesos que son esenciales y dominantes, reconocer el problema, especificar los objetivos de la modelación e identificar las variables del sistema en estudio determinando si son o no controlables (Kiely, 1999).

1.2.1. Modelación de Sistemas Marinos Existe una serie de metodologías para examinar la mezcla de contaminantes en las fuentes de descarga y demostrar conformidad con los valores de las Normas de Calidad Medioambiental (NCM). Esto es viable tanto en descargas existentes (diagnostico) así como para las descargas futuras (predicción). (Jirka et al, 2004) La modelación de sistemas marinos es un tema de elevado valor en la solución o previsión de problemas en la zona costera. Las etapas metodológicas que es necesario cumplir para el análisis de una determinada situación se especifican en el diagrama de flujo de la Figura 1-3. Este diagrama muestra de una manera sencilla cual es la ruta a seguir en el estudio de una situación específica.

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Figura 1-3. Organigrama para el estudio de los efectos de vertidos continuos y esporádicos de un saneamiento. Fuente: Revilla, 1998.

La extensión de cualquier vertido al mar depende de las características de la sustancia vertida y de las corrientes marinas existentes (Revilla, 1998). Por ello, la realización de una simulación numérica de la dispersión de sustancias provenientes de la descarga de aguas servidas precisa de la modelación de las corrientes marinas en la zona de estudio. Las ecuaciones más generales que se pueden utilizar para la resolución de problemas hidrodinámicos y de dispersión en el medio marino son las ecuaciones de Navier-Stokes y la ecuación general de convección-difusión (González et al. 2001).

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1.3. HIDRODINÁMICA SUBMARINA La caracterización espacio - temporal de la hidrodinámica marina está compuesta por 3 movimientos principales: Corrientes, oleaje y marea. Los cuales están definidos por factores como densidad, temperatura, geografía marina (batimetría), viscosidad, vorticidad, vientos, gravedad, efecto Coriolis, etc. (Hinrichsen, 1998) a) Corriente: Movimiento de traslación, continuado y permanente de una masa de agua determinada.

Figura 1-4: Flujo de velocidades en corriente. Fuente: Hinrichsen, 1998.

b) Oleaje: Movimientos en forma de ondas producidos por el viento.


c) Mareas: Movimientos de ascenso y descenso de las aguas del mar.


La importancia, para este tipo de estudios, de conocer la naturaleza de cada uno de estos movimientos radica en que, dependiendo del tipo de interacción que tenga con el medio acuático (amplitud y dirección) será la magnitud de la limitación que srcine y por ende, el modelo a ocupar. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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1.4. EMISARIOS SUBMARINOS Un emisario submarino tiene por objeto realizar una descarga de aguas residuales, en un lugar de un cuerpo de agua donde la hidrodinámica favorece la dilución y dispersión del efluente, tratando en forma natural las descargas biodegradables. (DIRECTEMAR, 2006) Los emisarios submarinos son una buena solución a las descargas de residuos líquidos, siempre y cuando estas descargas cumplan con las normas de emisión estrictas y debidamente fiscalizadas. (DIRECTEMAR 2006). El diseño apropiado de un sistema de emisario submarino puede lograr diluciones suficientes de la descarga de aguas residuales para reducir las concentraciones de contaminantes a niveles generalmente establecidos como normas de calidad de agua (Salas, 1988). Hay varios mecanismos que controlan las características de dilución de un emisario submarino. Estos mecanismos usualmente se consideran en tres fases: dilución inicial que ocurre durante los primeros minutos al salir las aguas residuales del emisario submarino y ascender en la columna de agua recipiente; transporte y dispersión horizontal del campo de aguas residuales; y las reacciones cinéticas que ocurren en el mar (Ruiz, 1998). Para la descarga de aguas servidas, el mecanismo de mayor importancia para el diseño es el de la desaparición de organismos indicadores tales como coliformes (por su facilidad de muestreo y medición), y en el caso de las aguas industriales lo es la tasa de sedimentación y biodisponibilidad (Salas, 1988).

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Figura 1-7. Bases funcionales de un emisario submarino Fuente: DIRECTEMAR, 2006.

Los sistemas de descarga de líquidos en cuerpos de agua normalmente están compuestos por el tubo de descarga con un difusor en el extremo de salida, una cámara de carga o sistema de impulsión (bomba) y la planta de pretratamiento y desbaste.

Figura 1-8: Esquema emisario submarino Fuente: CEDEX, 2004. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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1.4.1. Procesos Involucrados en la Dilución de Contaminantes Descargados en Emisarios Submarinos En la reducción de contaminantes descargados por emisarios submarinos, hay tres procesos involucrados que son (Jirka et al, 2004): 

Dilución inicial

Al realizarse la descarga submarina el efluente de aguas servidas se eleva hacia la superficie, ya que su densidad es menor que la densidad normal del agua de mar, diluyéndose debido al arrastre y expandiéndose presentando una mayor interacción en el eje Z. La dilución que se produce en la altura máxima que alcanza la pluma al lograr el equilibrio densimétrico con el agua de mar se denomina dilución inicial. En un medio marino no estratificado, la pluma ascenderá hasta la superficie, en tanto que en uno estratificado la pluma quedara atrapada, condición deseable por efectos estéticos pero desfavorable respecto de la tasa de decaimiento bacterial, que se ve disminuida al alejarse de la superficie y por tanto de la influencia de los rayos del sol. Por esta razón, y teniendo presente que este es el factor que mejor puede manejarse en el diseño, se busca descargar a una profundidad apropiada por medio de un sistema de difusores que apunte a maximizar el efecto de dilución inicial, verificando el atrapamiento de la pluma en la termoclina. 

Dispersión

Se denomina dispersión, a la dilución que resulta de la turbulencia del ambiente sobre el campo de aguas servidas inicialmente formado en torno al difusor, a medida que se mueve con la corriente marina, presentando marcadas interacciones entre los campos X e Y (ver figura 1-9). A pesar de que las corrientes dispersan inmediatamente la descarga contaminante al salir del difusor, es cuando a terminado el proceso de dilución inicial (termino de la elevación de la pluma) que se define realmente el comportamiento que tomará la pluma con respecto al cuerpo receptor.

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

Decaimiento

En general los microorganismos patógenos tienen un cierto periodo de supervivencia que depende de múltiples factores interrelacionados, de carácter físico-químico y biológico, el que se denomina Decaimiento Bacterial. Para el cálculo de emisarios se acostumbra suponer que la tasa de decaimiento de las diferentes bacterias 1 y microorganismos patógenos es semejante a la de los coliformes fecales. Para el caso de contaminantes inorgánicos su homologo es la vida media y está se relaciona directamente con la radioactividad y tasa de deposición del compuesto.

Figura 1-9: Campos de incidencia X, Y, Z en el movimiento de una pluma de descarga Fuente: CORMIX, 2007.

1

Se entiende por la tasa de decaimiento bacterial T90 al periodo de tiempo en que la concentración de una sustancia se reduce en un 90%, o en otras palabras, al 10% de su valor inicial en dicho periodo. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Figura 1-10: Pluma simple, con flujo de corriente en medio no estratificado Fuente: Jirka et al, 2004

Figura 1-11: Pluma simple, con flujo de corriente en medio estratificado Fuente: Jirka et al, 2004

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Figura 1-12: Pluma múltiple en ambiente sin corriente no estratificado Fuente: Jirka et al, 2004

Figura 1-13: Pluma múltiple en ambiente sin corriente estratificado Fuente: Jirka et al, 2004

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1.4.2. Objetivos centrales del diseño de un emisario submarino para elimina ción d e residuos líquidos Al diseñar un emisario submarino se pretende entregar al medio ambiente marino un efluente de características de calidad y emisión que facilite el Tratamiento Marino natural de las sustancias que este contenga, dentro de una zona controlada, sin afectar a las condiciones ambientales y sanitarias en los lugares de resguardo según lo establecido por las normativas vigentes y con un impacto aceptable en la zona del Tratamiento Marino (DIRECTEMAR, 2006). En el caso de emisarios para la eliminación de aguas servidas de una comunidad, se debe proveer una solución flexible en el tiempo, con un “costo-efectividad” compatible con el nivel socio-económico de la población usuaria y con una calidad de servicio asegurada y para los emisarios industriales además del espectro económico también se debe considerar las posibilidades de ampliación y especialización de la planta (Revilla, 1998).

1.4.3. Difus ores El difusor constituye la estructura final del emisario submarino donde se ubican las boquillas a través de las cuales se evacuan las aguas servidas en el medio oceánico. El diseño del difusor se define como un compromiso entre el funcionamiento hidráulico y ambiental. Boquillas de gran diámetro reducen perdida de carga pero disminuyen la dilución inicial y viceversa. Existen distintos tipos de configuraciones tales como: telescópico, de diámetro interno telescópico (axial recto), de una rama, de dos o más ramas etc. Inicialmente, el efluente abandona los orificios del difusor multiorificio como serie de plumas redondas (figura 114). Después de viajar una cierta distancia las plumas adyacentes se combinan unas a otras para formar una cortina de levantamiento y el flujo se torna esencialmente de dos dimensiones.

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Es importante destacar que para la legislación chilena un difusor multiorificio se considera un requisito básico de diseño para emisarios submarinos (DIRECTEMAR, 2006) así como para la mayoría de las legislaciones internacionales (IWA, 2006).

Figura 1-14. Vista de sección transversal y lateral de un difusor multiorificio. Fuente: DIRECTEMAR, 2006.

1.5. DESCRIPCIÓN MODELOS Para simular condiciones iniciales como perfil de concentración y valores de la dilución inicial (campo cercano) fue escogido el modelo Visual Plumes el que permite determinar los valores antes mencionados y además entrega una solución gráfica (esquema) de la forma que tomaría la pluma de contaminante, este modelo fue desarrollado por la United States Environmental Protection Agency. En el caso de la simulación del campo lejano (difusión / advección) el modelo se está implementando por medio del programa Surface-water Modeling System versión 9.0 (SMS 9.0, http://www.ems-i.com). El SMS 9.0 es una interfase gráfica para el pre- y postprocesamiento de variados modelos de circulación. La plataforma SMS 9.0 fue escogida por su versatilidad para el procesamiento de la información necesaria para generar la grilla numérica sobre la cual se implementa el modelo de circulación, por su facilidad para la visualización de los resultados, así como por su capacidad para compatibilizar la estructura de distintos modelos.

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Esto permite la aplicación conjunta del modelo hidrodinámico para la determinación de campos de corriente RMA 2 WES Versión 4.5 y el modelo de dispersión de contaminantes RMA 4 WES Versión 4.5 en un dominio de integración que abarca el área de influencia del emisario submarino Codelco y las áreas contiguas para estudio. Ambos modelos fueron desarrollados por El Coastal and Hydraulics Laboratory del U.S. Army, Engineer Research and Development Center, y han sido ampliamente utilizados en aplicaciones costeras, fluviales y estuariales, gozando de buena reputación entre la comunidad especializada. Los modelos operan acoplados y los resultados del primero condicionan los del segundo, en correspondencia con el fenómeno natural. 1.5.1. Visual plum es, modelo hidr odin ámico para campo cercano

Visual Plumes (VP), es un modelo hidrodinámico y de transporte de masa de tipo lagrangiano con una interfase de programa basada en Windows para estimación de dilución inicial; es decir, que modela la zona de mezcla para simular el comportamiento de una o más plumas sumergidas en ambientes de flujo acuoso con posibilidad de definir estratificación y también para descargas boyantes de superficie (US EPA, 2004). Posee características de resultados gráficos, manejo de series cronológicas para datos de entrada, capacidad para considerar acumulación de contaminantes en el ambiente por la acción de marea, capacidad de un análisis de sensibilidad, y capacidad para simulación del decaimiento de patógenos basado en la temperatura, salinidad, la insolación solar y el coeficiente de absorción de luz en la columna de agua. VP incluye DKHW modelo para dilución inicial que se basa en UDKHDEN (Muellenhoff et al., 1985), el modelo para descargas de superficie PDS (Davis, 1999), el modelo

tridimensional UM3 basado en el modelo UM (para sistemas dos) y el modelo para dilución inicial de descargas en línea NRFIELD basado en RSB (para sistemas dos). Estos modelos pueden ser ejecutados consecutivamente y en comparación gráfica.

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1.5.2. RMA2, modelo hidr odin ámico p ara campo lejano El modelo RMA2 permite estimar el campo de corrientes para flujos bidimensionales (soluciones promediadas en eje vertical Z) en superficie libre -generada bajo la acción combinada de corrientes oceánicas, oscilación mareal y viento- en los nodos de una malla confeccionada bajo un esquema de elementos finitos. El modelo resuelve el set de ecuaciones diferenciales parciales de Reynolds 2 que rige los fenómenos de transporte de masas de agua a través de la discretización del dominio en elementos cuadráticos, y obtiene la elevación de la superficie y las componentes horizontales de la velocidad. Los supuestos del modelo hidrodinámico RMA2 son los siguientes: -

Distribución de la velocidad horizontal uniforme a la vertical.

-

Ley hidrostática de presiones.

-

Aceleraciones verticales despreciables.

-

Fluctuaciones pequeñas de la superficie libre frente a su profundidad media.

-

Fricción de fondo proporcional a la velocidad media del flujo.

-

Tensión del viento proporcional a la magnitud de la velocidad.

Dentro de las ventajas del modelo cabe destacar que permite calcular la variación temporal del campo de corriente debida a condiciones variables (régimen dinámico) durante periodos de horas, e incluso días, acordes al fenómeno de dispersión de las aguas contaminantes provenientes de un emisario submarino. En contraparte, el supuesto de distribución de velocidad horizontal uniforme en la vertical indica que el modelo es aplicable en flujos con aceleraciones verticales despreciables y donde la estratificación no rige el fenómeno. Es recomendable para el caso en cuestión, utilizarlo sólo en la modelación de la pluma contaminante en el campo lejano (la pluma ha experimentado el ascenso y atrapamiento en la zona de estratificación) y evitar su uso en la zona de campo cercano caracterizada por vórtices, vibraciones y aceleración vertical.

2

Las ecuaciones de Reynolds de derivan de las ecuaciones de Navier Stokes, incorporando un termino asociado a la turbulencia del cuerpo de agua. El set de ecuaciones diferenciales set compone de una ecuación de conservación de la masa y dos ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento para direcciones ortogonales. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Este supuesto constituye una aproximación usual al tratamiento del fenómeno de dispersión en el campo lejano, sin embargo, cabe mencionar que actualmente están en desarrollo una serie de modelos hidrodinámicos tridimensionales que se encuentran en etapas preliminares de aplicación.

Las Ecuaciones de Reynolds que condicionan el modelo son las siguientes: h

gun2 ∂u ∂u ∂u h ⎡ ∂2u ∂2u ⎤ ⎡∂a ∂h⎤ (u2 + v2 )1/ 2 −ζVa2 cosψ − 2hvωsinφ = 0 + hu + hv − ⎢Exx 2 + Exy 2 ⎥ + gh⎢ + ⎥ + 2 ∂t ∂x ∂y ρ ⎣ ∂x ∂y ⎦ ⎣ ∂x ∂x ⎦ (1.486h1/ 6 )

h

⎡∂a ∂h⎤ gvn2 ∂v ∂v ∂v h ⎡ ∂2v ∂2v ⎤ + hu + hv − ⎢Eyx 2 + Eyy 2 ⎥ + gh⎢ + ⎥ + (u2 + v2 )1/ 2 −ζVa2 sinψ − 2hvω sinφ = 0 1/ 6 2 y y ∂t ∂x ∂y ρ ⎣ ∂x ∂y ⎦ ∂ ∂ ⎣ ⎦ (1.486h )

⎛ ∂u ∂v ⎞ ∂h ∂v ∂h + h⎜⎜ + ⎟⎟ + u + v =0 ∂t ∂x ∂y ⎝ ∂x ∂y ⎠ h

= Profundidad

u, v

= Velocidades en coordenadas cartesianas

x,y,t

= Coordenadas cartesianas y tiempo

ρ

= Densidad del fluido

E

= Viscosidad de Eddy

g

=Aceleración de gravedad

a

= Elevación de fondo marino

n

= Coeficiente de Maning

1.486 = Factor de conversión de unidades ζ

= Coeficiente empírico de tensión superficial de vientos

Va

= Velocidad de viento

ψ

= Dirección del viento

ω φ

= Velocidad angular de rotación de la tierra = Latitud

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1.5.3. RMA4, modelo de di spersión para transpor te de cont aminantes Este modelo permite representar la concentración de un constituyente considerando los efectos de dispersión horizontal (advección-difusión) y perdidas de masa de las aguas contaminantes, tomando el campo de corrientes obtenido con el RMA2. El acoplamiento consiste en determinar un punto de descarga y utilizando los resultados del RMA2 simular el comportamiento de la pluma efluente en el mapa de corrientes. La concentración se calcula considerando contribuciones másicas (concentración en el nodo correspondiente a la ubicación del difusor), decaimiento exponencial de la sustancia contaminante y efectos de precipitación o evaporación en el dominio de integración. La ecuación diferencial que rige el fenómeno se desprende del balance másico y es integrada verticalmente, y se presenta a continuación. ⎛ ∂c ∂c ∂c ∂ ∂c ∂ ∂c R (c ) ⎞ ⎟=0 + u + v − Dx − Dy − σ + kc + ∂ ∂ x ∂ y ∂ x ∂ x ∂ y ∂ y h ⎟⎠ ⎝

h⎜⎜

h

= Profundidad

u, v

= Velocidades en coordenadas cartesianas

x,y,t

= Coordenadas cartesianas y tiempo

c

= Concentración

Dx, Dy = Coeficientes de dispersión turbulenta k

= Coeficiente de decaimiento

σ

= Aporte / sumidero descontaminante

R(c)

= Tasa de evaporación / precipitación

Descripción de los términos: 1er. Término

= Almacenamiento local

6to. Término = Fuentes másicas de contaminante

2do. Término

= Advección (x)

7mo. Término = Decaimiento exponencial

3er. Término

= Advección (y)

8vo. Término = Efectos de evaporación / precipitación

4to. Termino

= Dispersión (x)

5to. Término

= Dispersión (y)

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2. PROBLEMA La década de los años 90 estuvo marcada por la entrada en vigencia en Chile de la Ley N° 19.300 de Bases del Medio Ambiente. De acuerdo a esta Ley; la predicción y evaluación de los impactos ambientales de proyectos de inversión cuyas características exigen realizar y contar con la aprobación de un Estudio de Impacto Ambiental, y de la implementación de Planes de Monitoreo Ambiental, se deben efectuar a base de modelos, simulaciones, mediciones o cálculos matemáticos. Con ello, se generó en Chile, formalmente, la necesidad de contar con herramientas de evaluación, incluyendo modelos y un aparato para la gestión de estas evaluaciones. La modelación de los recursos hídricos se hace necesaria entonces, para la comprensión del sistema estudiado y para predecir el impacto de acciones específicas; siendo útil para la toma de decisión en la evaluación del impacto ambiental de un proyecto y en el control de un programa de monitoreo. En la zona costera, por efectos de factibilidad logística las políticas de saneamiento y control de aguas contaminadas van en dirección a la utilización, cada vez mayor, de emisarios submarinos para su tratamiento, aprovechando la capacidad dilutiva y depuradora del agua marina, esto es válido tanto para descargas urbanas como de tipo industrial. En la Bahía de Quintero existe un gran número de descargas al mar, tales como Oxiquim, Muelle Ventanas, Pesquera Quintero, Chilgener, alcantarillado de Quintero, Estero Campiche y Codelco, Fundición y Refinería Ventanas por lo que además de los efectos particulares de cada descarga es altamente probable que se produzca un efecto sinérgico, no obstante el primer paso es determinar el nivel de impacto de cada una de estas fuentes por separado. El presente proyecto consiste en estudiar el comportamiento de la descarga contaminante proveniente del emisario submarino Codelco ubicado en la comuna de Puchuncaví, perteneciente a la empresa CODELCO división Ventanas, para determinar la dispersión de contaminantes y las concentraciones alcanzadas en la zona de impacto. Se consideran tres tipos de casos para el estudio, el diagnostico para una longitud de 272m sin difusor a 4 m de profundidad (estado actual), la evaluación para el estado actual agregando un difusor (total 292m) y la evaluación para una longitud estimada de 1000m con difusor para cumplir con un mínimo de 20 m de profundidad (profundidad optima para maximizar la dilución inicial). ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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3. OBJ ETIVOS 3.1. OBJETIVO GENER AL Diagnosticar el impacto del efluente proveniente del emisario submarino Codelco en la bahía de Quintero, quinta región. 3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 3.2.1 Determinar las condiciones hidrodinámicas (mapa de corrientes) correspondientes a la Bahía de Quintero. 3.2.2 Determinar las dimensiones y comportamiento de la pluma contaminante descargada por el emisario submarino Codelco.

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4. METODOLOGÍA La metodología que se presenta a continuación esta en directa relación con el logro de los objetivos específicos, en donde se indican las referencias particulares y una breve descripción cuando sea el caso. El detalle de las referencias se indica en el capitulo 9.

4.1. DETERMINAR L AS CONDICIONES HIDRODINÁMICAS EN L A ZONA B AHIA QUINTERO: a) Definic ión de las condi ciones de borde: Correspondiente a los límites geométricos (x,y,z) de la zona de descarga y zonas contiguas, tales como: •

Batimetría: Correspondiente a la carta náutica SHOA 4321 de la zona de Quintero.

•

Costas y accidentes territoriales: Correspondiente a línea de profundidad 0 metros bajo el nivel del mar (línea de costa), de la carta náutica SHOA 4321 de la zona de Quintero.

•

Mar abierto: límite weste de la carta náutica SHOA 4321 de la zona de Quintero.

b) Recopilación de información de corrientes, oleaje y vientos de la zona de descarga y zonas conti guas . Correspondientes al estudio de línea de base realizado por INGEMAR de 1991/1992. c) Recopilación de información con respecto a consideraciones ambientales y físicas en la zona de descarga y zonas contigu as . Correspondiente al “Estado de Situación Nacional para Áreas de Interés” al 30 de enero del 2007, de la Subsecretaría de Pesca. Esta información tiene relación a los distintos usos legítimos emplazados en el borde costero y que pueden ver afectada su calidad. Se deben tomar en consideración las Áreas de Manejo y Explotación de Recursos Bentónicos (AMERB), Áreas Apropiadas para la Acuicultura (AAA), Zona de Protección Litoral (ZPL) y emplazamientos recreativos.

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d) Delimi tación d e la ma lla de integración . La ubicación de la malla o las mallas de integración para la aplicación de los modelos queda determinada por el régimen de corrientes reinante en la zona de impacto y las consideraciones ambientales y físicas.

e) Simulación c on mod elo hidr odin ámico RMA2 4.5 La simulación con el modelo hidrodinámico entrega el campo de corrientes existente en la zona de impacto y zonas contiguas. (Referencia modelo punto 1.5.2) f) Calibración d el modelo simul ado. Para la calibración se utilizaron los datos obtenidos en los estudios de línea de base de INGEMAR de 1992. La calibración del modelo hidrodinámico con datos de campo (corrientes y mareas) se lleva a cabo para determinar la fiabilidad del modelo y su similitud con el sistema natural.

4.2. DETERMINAR LA S DIMENSIONES Y COMPORTAMIENTO

DE LA PLUMA

CONTAMINANTE DESCARGADA POR EL EMISARIO SUBMARINO CODELCO: a) Recopil ación inf ormación sobr e medici ones de temperatura e n la zona de salida . Correspondiente al estudio de “Evaluación de impacto Ambiental de efluentes Líquidos en Ventanas” realizado por INGEMAR en 1992, Subestación P4. b) Constr ucci ón de perfil de temperatura. La construcción de perfiles se conforma de acuerdo a la información obtenida y se utilizará para determinar la dilución inicial en el campo cercano del emisario. c) Recopilación de datos de diseño emisario. Corresponde a los “Planos de Diseño Proyecto Emisario, FRV” preparado por el Departamento de Ingeniería, FRV. Está información dice relación a los datos de diseño del emisario tales como profundidad de descarga, posición, orientación, etc

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d) Recopi lación d e datos de descarga. Corresponde al “Informe Anual de Monitoreo Ambiental, FRV“ realizado por el Departamento de Sustentabilidad. Está información dice relación con los datos efectivos ya sea, promediados o puntuales, de funcionamiento del emisario, relativos al efluente contaminante tales como: caudal, concentración inicial, temperatura, etc. e) Determinación de la dilución inici al. Este cálculo será obtenido directamente por medio del procesamiento de los datos antes recopilados por medio del modelo computacional Visual Plumes (ver punto 1.5.1.)de la US EPA. Constituyendo estos resultados, la definición del campo cercano. f) Simul ación con modelo de dis persión RMA4. La simulación con el modelo de dispersión de contaminantes funciona acoplándose a los resultados del campo de corrientes (modelación RMA2) y tomando como condiciones iniciales los resultados de la dilución inicial; entregando de esta forma, el comportamiento de la pluma del efluente contaminante (referencias modelos punto 1.5.2 y 1.5.3 respectivamente). g) Calibración del mod elo simulado. Para la calibración se utilizan los datos del “Informe Anual de Monitoreo Ambiental, FRV“ realizado por el Departamento de Sustentabilidad, FRV. La calibración del modelo de dispersión con datos de campo concentraciones de contaminantes se lleva a cabo para determinar la fiabilidad del modelo y su similitud con el comportamiento natural.

4.3. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Análisis de concentraciones obtenidas mediante la modelación y comparación con la normativa ambiental vigente aplicable y las áreas de interés para cada uno de los casos.

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4.4. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES El cronograma de actividades realizadas es el siguiente: MES 01 MES 02 MES 03 MES 04 MES 05 ACTIVIDADES

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2341234 1 2 3 4

MODELACIÓN HIDRODINÁMICA 1 2 3

Definición de las condiciones de borde Recopilación de información de corrientes y vientos Recopilación de información con respecto a consideraciones ambientales y físicas

4

Delimitación de la malla de integración

5

Simulación con modelo hidrodinámico RMA2

6

Calibración del modelo simulado

MODELACIÓN DE CONTAMINANTES 7

Recopilación información sobre mediciones de temperatura

8

Construcción de Perfiles de temperatura

9

Recopilación de datos de diseño emisario

10

Recopilación de datos de descarga

11

Determinación de la dilución inicial

12

Simulación con modelo de dispersión RMA4

13

Calibración del modelo simulado

14

Interpretación de los resultados Figura 4-1: Cronograma de actividades Fuente: Elaboración propia.

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5. ASPECTOS GENERALES DEL EMISARIO CODELCO 5.1. DATOS DE DISEÑO

El sistema de evacuación de RILes de la FRV consta de una subestación de tratamiento preliminar en cada una de las fuentes de emisión, luego las descargas resultantes son mezcladas en la planta principal de tratamiento, la cual está dotada de un ecualizador y un sistema de remoción de sólidos formado por piscinas de decantación, correspondiendo a 6.480(m3/día) su caudal nominal de diseño. Para terminar el proceso en el emisario submarino compuesto por una cámara de descarga y el ducto de descarga (sin difusor). El eje de salida del emisario se sitúa en la bahía de Quintero con una orientación SW.

Figura 5-1: Ubicación del emisario en la bahía de Quintero. Fuente: CODELCO, referencia 2. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Figura 5-2: Coordenadas inicio emisario Codelco Fuente: Codelco, referencia 6.

COORDENADAS INICIO Norte Este

6.372.901 297.350

TERMINO 6.372.846 Norte Este 297.536 Rumbo 198° (respecto al Norte geográfico) Figura 5-3: Datos de diseño emisario Codelco Fuente: Codelco, referencia 6.

Longitud Material Diámetro Espesor Caudal Presión

272m HDPE3 630mm 20mm 1,387(m3/día) 2

3,2 Kg/cm

5.2. CARACTERIZACIÓN RESIDUOS LÍQUIDOS FRV 5.2.1. Residuos Urbanos L íquidos En los últimos años, las descargas de Aguas Servidas de la faena se fueron paulatinamente separando del resto de las descargas de efluentes líquidos; hoy prácticamente todas las descargas de aguas servidas de la planta se canalizan por separado hasta la planta de pretratamiento antes de la cámara de conexión (ecualizador). El sistema de tratamiento de las aguas servidas consiste en la cloración de las mismas a fin de disminuir el índice de coliformes fecales, denominado desinfección simple. 5.2.2. Aguas de Refrigeración El proceso productivo de FRV implica el uso de aguas de refrigeración, las que son descargadas en los ductos de aguas lluvia de la planta.

3

HDPE: High density polyetylene, Polietileno de alta resistencia.

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Los descartes de aguas de refrigeración que fluyen hacia el emisario provienen de Planta de Ácido (descarga contínua) y de las torres de refrigeración de Central Térmica (descarga periódica). Existe un flujo proveniente de Planta de Oxígeno pero su aporte es despreciable en comparación con las demás descargas. También hay pequeños descartes periódicos del sistema de refrigeración del Horno Eléctrico y torres de enfriamiento de gases de conversión. 5.2.3. Residuos Industri ales Líquidos El proceso productivo de FRV genera RILes fundamentalmente en 3 centros mayores: Planta de Ácido, Planta de Tratamiento Electrolítico y Planta de Metales Nobles. En estos centros se realiza el pretratamiento consistente en la neutralización de estos residuos para luego pasar a las piscinas de decantación. Los elementos descargados son coliformes fecales, sólidos disueltos orgánicos, aluminio, arsénico, cadmio, cobre, cromo, flúor, fósforo, hierro, magnesio, mercurio, molibdeno, níkel, plomo, selenio y azufre.

5.3. CONDICIONES NA TURALES BA HÍA QUINTERO En cuanto a los Vientos, el área está expuesta especialmente a los que provienen del 3er cuadrante (S y SW), con una intensidad relativa de 10 a 15 nudos y muestra un claro ciclo diurno en ambas estaciones. Es decir, son débiles en la noche y madrugada y aumentan su intensidad después del mediodía. Las corrientes costeras en el área tienen todas las direcciones posibles, no son unidireccionales. Pero las mediciones indicaron predominancia de corrientes al sur, del orden de 0.5 a 30 cm/s, siendo 14 cm/s la magnitud promedio y 41 cm/s la velocidad excedida el 10% de las mediciones, y en otras ocasiones se apreciaron flujos del mismo orden pero dirigidos al NW. La alternancia ocurre en el orden de una semana. Las condiciones predominantes durante las observaciones de corrientes litorales fueron olas del SW de 0.5 a 1 m de altura y vientos del S-SW.

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Lo anterior corresponde a la situación más frecuente en cuanto al flujo de agua no obstante, existe otra situación, menos frecuente, pero importante de considerar, que se refiere a un flujo de retorno hacia la costa (NE-E-SE) con velocidad de 10 a 14 cm/s. La velocidad residual después de restar los desplazamientos al Norte, menos los del Sur; y los del E menos los del W, de un flujo muy pequeño (2.04cm/s) hacia costa. Esta situación es común en la costa chilena y se debe a las variaciones, también diurnas del viento (SW-NE), el que fuerza flujos hacia y desde la playa. Esta componente es forzada también, por las mareas lo que se determina por un pequeño máximo en 12-13 hrs. A su vez, la componente “u” (perpendicular a la costa) responde a variaciones diurnas (24-25 hrs.), lo que indica que en Ventanas, las corrientes son principalmente pulsos paralelos a la costa (en sentido NW-SE) forzados por las fluctuaciones diurnas (tardemadrugada) de los vientos. En el caso de la componente “v” (paralela a la costa), también se observa variabilidad en el período de 100 hrs. Esto es, las alternancias de corrientes al NW y al S se deben a ciclos semanales en los vientos y sistemas locales de presión (ciclo sinóptico). La temperatura superficial de las aguas del mar en la bahía de quintero es del orden de 13º C. En la costa de la playa se encontraron valores más altos (14º C) y hacia el fondo la temperatura disminuye a 12º C, en toda la Bahía. La salinidad tiene un valor de 34,4% en superficie y hacia el fondo aumenta levemente, siendo 34,59 el valor a 30m de profundidad. Los valores de ph en el agua de mar fluctuaron entre 7 y 8, siendo 7,6 su valor promedio.

5.4. CONSIDERACIONES AMB IENTALES

La recopilación de antecedentes incluyó la revisión de áreas aptas para la acuicultura, concesiones de acuicultura, concesiones marítimas y destinaciones, áreas de manejo, zona de protección litoral y cualquier otro tipo de uso del borde costero y del litoral que pudiera generar restricciones en el sector. Además se identificó la normativa de carácter ambiental aplicable al proyecto, con el fin de establecer las exigencias que deben cumplirse.

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5.4.1. Zona de pr otección lito ral Un factor importante para el dimensionamiento del emisario submarino es el ancho de la zona de protección litoral (ZPL). De acuerdo a lo establecido en el D.S.N°90/2000 MINSEGPRES (regulación descargas a cuerpos de agua), el ancho de la ZPL es:

[

]

A = (1,28 Hb ) x 1,6 m Hb: Altura media de la rompiente m: Pendiente de fondo. A: Ancho zona de protección litoral.

DIRECTEMAR ha estimado el ancho de la ZPL utilizando la base de datos de oleaje y aguas profundas de 30 años, generada por el SHOA (hindcasting). Mediante un estudio de propagación de oleaje hasta el sector de estudio se determinó un ancho de ZPL de 512m. Esta medida asegura la protección de la flora nativa, la fauna litoral y la disposición de una zona de seguridad para el baño y contacto directo.

5.4.2. Normativa ambi ental apl icable Se realizo una revisión de la normativa ambiental vigente, identificándose dos normas que presentan restricciones a ser consideradas para dimensionar el emisario submarino:

a) D.S.N°90/2000 MINSEGPRES “Norma de Emisión para la regulación de contaminantes asociados a las descargas de residuos líquidos a aguas marinas y continentales superficiales” (ver anexo B) Este decreto define como el límite máximo permisible, en áreas aptas para la acuicultura y áreas de manejo y explotación de recursos bentónicos, los 70 NMP/100ml de coliformes y 1000 NMP/100ml de coliformes para descargar dentro de la ZPL (ver anexo B). En este punto es importante destacar que si bien este parámetro no se encuentra normado para ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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descargas fuera de la ZPL (tabla 5, D.S. N°90), la ampliación del emisario debe asegurar una concentración máxima de 1000 NMPCF/100ml al borde de la ZPL y 70 NMPCF/100ml al borde de las áreas de manejo. b) NCh 1.333 of.78 MOP “Requisitos de calidad de aguas para diferentes usos” (ver anexo C) Fija criterios de calidad, de acuerdo a requerimientos científicos, referidos a aspectos físicos, químicos y bacteriológicos para proteger y preservar la calidad de las aguas que se destinen a usos específicos de la degradación producida por la contaminación con residuos de cualquier tipo u srcen. En este estudio compete el uso “Agua destinada a recreación y estética” que señala: El agua debe estar exenta de las siguientes sustancias atribuibles a descarga o vaciamiento de residuos: 1) materias que sedimenten formando depósitos objetables 2) desechos flotantes, aceite, espuma y otros sólidos 3) sustancias que produzcan color, olor, sabor o turbiedad objetable. 4) Materias, incluyendo radionucleidos, en concentraciones o combinaciones que sean toxicas o que produzcan reacciones fisiológicas indeseables en seres humanos, peces, otros animales y plantas. 5) Sustancias y condiciones, o combinaciones de estás, en concentraciones que produzcan vida acuática indeseable. En el presente proyecto, es de interés el caso de las aguas de recreación con contacto directo pues ellas se dan las máximas exigencias (natación, buceo, esquí acuático).

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6. ANALISIS AMBIENTAL En el presente capítulo se desarrolla el análisis ambiental del emisario submarino Codelco, en los casos correspondientes al estado actual y los dos casos de predicción, a objeto de verificar la ampliación requerida (instalación de un difusor manteniendo el largo actual o aumento de la longitud). Para efecto de las modelaciones se tomarán en cuenta los compuestos que están transgrediendo la norma de descarga dentro de la ZPL (anexo B) según el “Informe Anual de Monitoreo Ambiental FRV, 2006” (referencia 5). Se presentarán los principales aspectos del análisis y se entregarán las características de construcción propuestas (dimensionamiento de la obra), con la finalidad de determinar y compatibilizar el mínimo costo con las exigencias ambientales impuestas. Las estimaciones se han hecho contando con la campaña de mediciones oceanográficas y ambientales de invierno realizadas en julio de 1991 por INGEMAR.

6.1. RESTRICCIONES DEL ENTORNO 6.1.1. Restricciones físicas El trazado de un emisario submarino debería respetar las concesiones marítimas, destinaciones y concesiones de acuicultura existentes en la zona (DIRECTEMAR, 2006). Adicionalmente, se debe respetar la existencia de áreas de manejo en el litoral. En el caso particular de la bahía de Quintero existen dos áreas de manejo de recursos bentónicos en operación y ninguna en tramitación (SUBPESCA referencia 4, Figura 6-1). 6.1.2. Restricciones ambientales Las restricciones ambientales asociadas a una determinada zona derivan de los usos identificados en el borde costero y el litoral tales como reservas ecológicas y presencia de poblaciones protegidas, en riesgo o únicas (DIRECTEMAR, 2006). En la zona litoral de la bahía de Quintero no se evidenció la existencia de usos que restringieran de manera relevante, desde el punto de vista ambiental, la instalación de un emisario submarino en la zona. No obstante, se aprecia la existencia de balnearios en el borde costero, es decir playas usadas de manera masiva para recreación con contacto directo, tanto para el baño como para deportes náuticos. Por ende, la descarga del emisario submarino debe cumplir con lo dispuesto en la NCh 1.333/78 MOP, en cuanto a ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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mantener las condiciones aceptables de las aguas de los balnearios existentes (ver anexo C). Sin perjuicio de lo anterior, es importante destacar que la descarga de residuos líquidos a través de un emisario submarino está regulada por el D.S.N°90/2000 MINSEGPRES (punto 5.1.2.) en el que se establecen los límites máximos de concentración de contaminantes para descargas dentro y fuera de la zona de protección litoral, ZPL (Tablas N°4 y N°5 D.S.N°90/ 2000, ver anexo C).

Figura 6-1: ZPL (en verde) y áreas de manejo en bahía de Quintero (en azul A,B). Fuente: CODELCO, punto 5.1; SUBPESCA, referencia 4.

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6.2. DETERMINACIÓN DE L A DILUCIÓN INICIAL La dilución inicial tiene lugar en las primeras horas de la descarga y depende en gran medida de las características de diseño del emisario submarino despreciando las características hidrodinámicas del medio marino (ver punto 1.4.1.)(Fisher et al, 1979). Se recomienda que el valor mínimo para la dilución inicial alcanzada en un emisario debe ser 100 veces la cantidad descargada puesto que en condiciones optimas la dilución por dispersión horizontal no alcanzará más de 10 veces la cantidad inicial (Jirka, 2004). Es por ello que los valores de dilución pueden alterarse de distintas formas tales como; profundizar la descarga o emplear difusores multiorificio, lo que disminuye la inyección puntual del caudal. Cabe señalar que la última alternativa actualmente es un requisito básico de diseño para emisarios submarinos (DIRECTEMAR, 2006). En la zona en análisis se dispone del estudio oceanográfico efectuado por INGEMAR entre el 29/07/91 y el 22/10/91(campaña de invierno). Para la caracterización de la columna de agua y parámetros físico- químicos en el área de influencia se utilizaron los registros de la estación P4 ya que está, se encuentra en el punto de descarga del emisario por lo que se consideró como representativa de la descarga. La ubicación de esta se presenta en la figura 6-15. Para determinar los contaminantes a modelar se utilizó el “Informe Anual de Monitoreo Ambiental FRV, 2006” (referencia 5). Figura 6-2: Cuadro de contaminantes descargados y su cumplimiento de la normativa. Fuente: CODELCO, 2006 (referencia 5).

CONTAMINANTE Coliformes Fecales Cu Al As Fe Zn Cd Se

UNIDAD

CANTIDAD CANTIDAD PERMITIDA DESCARGADA

CUMPLE NORMA

NMP/100ml

1000/70*

5380

NO

mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L

1 1 0.2 10 5 0.02 0.01

0.72 0.34 2.36 1.5 1.9 0.01 0.73

SI SI NO SI SI SI NO

* 1000 nmpcol/100ml dentro de ZPL y 70 nmpcol/100ml dentro de áreas de manejo.

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Para evaluar la dilución inicial, se modelaron los tres casos para corrientes del NW y S, respectivamente, utilizando el programa Visual Plumes para cada uno de los compuestos que sobrepasan la norma de descarga (coliformes fecales, As y Se); obteniéndose el valor del nivel de dilución alcanzado así como la cantidad de contaminante remanente y la posición estimada de la pluma de contaminante respecto al punto de descarga.

Figura 6-3: Resumen de modelaciones para determinación de dilución inicial. Fuente: CODELCO, 2006 (referencia 5).

CASO 1) 4m s/d 2) 4m c/d 3) 15m c/d

corriente NW S NW S NW S

coliformes* 89.05 89.38 57.84 58.13 11.97 9.98

As** 0.039 0.039 0.025 0.025 0.0052 0.0043

Se** 0.012 0.012 0.008 0.008 0.001 0.001

Y-pos 1.97 -1.936 2.912 -2.816 12.8 -12.68

dilución 58.19 57.98 89.26 88.81 413.01 495.92

s/d: sin difusor c/d: con difusor * : NMP coliformes por 100ml ** : mg/L

Figura 6-4: Comportamiento vertical para pluma caso 1 (4m de profundidad sin difusor) Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-5: Comportamiento vertical para pluma caso 2 (4m de profundidad y difusor) Fuente: Elaboración propia.

Figura 6-6: Comportamiento vertical para pluma caso 3 (15m de profundidad y difusor) Fuente: Elaboración propia.

Se puede observar que la actual configuración (Caso 1) y la modificación instalando un difusor (Caso 2) no logran una dilución mayor a 100 lo que no es recomendable según bibliografía especializada (Jirka, 2004) aunque es suficiente para que a partir del caso 1 los contaminantes selenio, arsénico y coliformes fecales no sobrepasen la norma lo que significa que para efectos de la normativa de descarga dentro de la ZPL la configuración actual del emisario es aceptable. Pero, la modelación demuestra que la pluma emerge a la superficie a pesar de presentarse en un medio estratificado (figuras 6-4 y 6-5), debido principalmente al reducido trayecto que está recorre en el que no logra igualar la densidad del medio, por lo que se produce un impacto indeseable de tipo escénico.

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Por tanto se observa que es recomendable efectuar una ampliación en la obra para alcanzar a situar el punto de descarga en a lo menos 15 metros de profundidad y a 1000m de la costa(Caso 3) logrando así una dilución mayor a 400 veces la cantidad descargada. Estás modificaciones deben compararse con el análisis de dispersión para determinar su viabilidad ambiental. Cabe señalar que los valores de dilución inicial dependen de la profundidad de descarga, número de boquillas, diámetro de las boquillas (diámetro inicial de las plumas contaminantes), dirección de las boquillas respecto a las corrientes (momentum inicial de las plumas contaminantes), etc.

Todos parámetros controlables en el diseño y

construcción de la obra a diferencia de la dispersión horizontal que depende fuertemente de las corrientes locales, oleaje y viento del ambiente por lo que se deben aprovechar los factores de diseño de la mejor forma para así maximizar el funcionamiento del emisario.

6.3. MODELACIÓN DE LA DISPERSIÓN Y DECAIMIENTO DEL CONTAMINANTE 6.3.1. Marco Con ceptu al Se procedió a efectuar una simulación del efecto de dispersión y reducción másica (decaimiento bacterial, decantación), mediante la aplicación conjunta de un modelo hidrodinámico para la determinación del campo de corrientes (RMA2 4.5) y un modelo de dispersión de contaminantes (RMA4 4.5) en un dominio de integración que abarca el área de influencia del emisario y las áreas de manejo potencialmente afectas a contaminación. El marco conceptual de dichos modelos se presenta en los puntos 1.5.2 y 1.5.3. En la delimitación de la malla de integración se consideró como restricción la zona de protección litoral (ZPL) definida paralela a la costa, cuyo límite exterior se ubica a 512m medidos desde la línea de alta marea y las áreas de manejo y explotación de recursos bentónicos (Figura 6-1), a objeto de chequear las limitaciones medioambientales impuestas en el litoral chileno. En el proceso de generación de las mallas se utilizaron los veriles obtenidos del levantamiento batimétrico del SHOA, logrando una similitud aceptable con el medio marino de la bahía de Quintero (Figura 6-9.). Las características geométricas de la malla se presentan en la figura 6-7.

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Figura 6-7: Características malla de integración. Fuente: Elaboración propia

MALLA DE INTEGRACIÓN Area(Km2) 26,61 Elementos 2637 Nodos 5460

Figura 6-8: Malla de integración indicando emisario, zpl y áreas de manejo. Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-9: Batimetría SHOA aplicada a la malla de integración (modelo RMA2.) Fuente: Elaboración propia

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Figura 6-10: Malla de integración vista 3D Fuente: Elaboración propia

6.3.2. Simulación con mo delo hid rodi námico RMA2 Basados en la información de los perfiles de temperatura, salinidad y densidad del agua medidos por INGEMAR durante la campaña efectuada entre el 22/08/91 y el 25/08/91, es posible notar que existe un estratificación en la columna de agua entre los 4 y 6 m de profundidad, siendo corroborado por la simulación del campo cercano con el modelo Visual Plumes. No obstante, se aplicará el modelo asumiendo que en el campo lejano la pluma se propaga de forma horizontal, sin experimentar aceleraciones verticales sustantivas.

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El estudio elaborado por INGEMAR entre el 29/07/91 y el 22/10/91 evidenció que las corrientes superficiales presentaron un predominio de las direcciones asociadas al 1 er y 2do cuadrante4.

Las mayores ocurrencias independiente del ciclo mareal (llenante o

vaciante) se registraron en las direcciones NW (33%) y S (55%). El análisis de persistencia para estos sucesos, sintetizado en la figura 6-10, sienta las bases para el posterior estudio de dispersión. Los espectros muestran máximos energéticos en la banda de varios días, lo que se traduce en la alternancia de las corrientes dominantes en el orden de una semana. Figura 6-11: Análisis de persistencia de corrientes entre el 29/07/91 y el 22/10/91. Fuente: INGEMAR, referencia 2

Dirección

Rapidez máxima (cm/s)

Rapidez promedio (cm/s)

% ocurrencia

NW S SE

28 30 30

15 15 15

30 29 14

N NE SW W E

28 28 30 22 22

15 15 15 10 10

12 7 4 3 1

A partir del análisis de persistencia se seleccionaron los escenarios de simulación como se aprecia en la siguiente figura: Figura 6-12: Escenario de simulación para modelo RMA2 Fuente: Elaboración propia.

MODELACIÓN RMA2 Dirección corriente NW S

Rapidez media (cm/s) 28 28

Rango de marea (m)

Tiempo (horas)

2 2

24 24

4

Se entiende como 1er cuadrante al arco comprendido entre los 0º (N) y 90º (E), 2º cuadrante entre los 90º (E) y 180 (S), 3er cuadrante entre los 180º (S) y 270 (W) y al 4º cuadrante entre los 270º (W) y 360º(N). Medido en sentido horario. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Para el modelo RMA2 se recomienda que la modelación se prolongue al menos el doble del tiempo que toma una partícula en recorrer la malla, a objeto de independizar el patrón de corrientes simulado en la dilución inicial (Users guide RMA2, 2006). Considerando que la mayor dimensión es de aproximadamente 6.5 km en la malla a una velocidad de 28 cm/s, se estima que el tiempo mínimo de modelación es de 10 hrs. No obstante, se han adoptado 24 hrs. de simulación para abarcar un ciclo completo de marea. Se estimó que la contribución del viento es irrelevante para la generación de corrientes en la zona (punto 6.3.4) así como, los efectos de evaporación, precipitación y rotación (Coriolis), en relación con el tamaño del área de estudio. El campo de corrientes resultante para la malla de integración se presenta en las figuras 6-13 y 6-14.

Figura 6-13: Campo de corrientes escenario A. Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-14: Campo de corrientes escenario B. Fuente: Elaboración propia.

6.3.3. Calibración modelo hidr odin ámico RMA2 Una de las etapas más importantes en la aplicación de un modelo de simulación es el proceso de calibración. Este consiste en su puesta a punto mediante un análisis de sensibilidad de los parámetros y condiciones de borde, a objeto de que los resultados simulados muestren un buen comportamiento frente a los valores medidos de dichas variables (Kiely, 1999). La calibración se efectuó considerando el registro obtenido en un correntometro ubicado a 7 m de profundidad (INGEMAR), el aparato registró entre los 5 m y 7 m de profundidad, nivel representativo al que se debe modelar ubicándose en el sector de salida del emisario (Figura 6-15). La calibración se complementó con los registros de derivadores ubicados a 5 m de profundidad en la misma ubicación del correntómetro (INGEMAR).

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51


Esta información fue utilizada para establecer de manera cualitativa la dirección del flujo para condiciones de marea vaciante y llenante determinándose dos escenarios característicos en los que las corrientes adquieren un valor vectorial conjunto en dirección NW y S en concordancia con las simulaciones hidrodinámicas.

Figura 6-15: Ubicación correntómetro utilizado en la calibración (flecha roja). Fuente: INGEMAR referencia 2.

Para la calibración del modelo se recurrió a los registros de marea y corrientes medidos del 24/08/91 al 09/09/91 para el escenario A y del 20/08/91 al 05/09/91 para el escenario B, correspondientes a los eventos más críticos en relación a velocidad y dirección (se dirigen hacia áreas limitantes) respectivamente.

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Dirección escenario A

225 215 205 195 ) 185 s 175 o d 165 a r 155 g ( 145 n 135 ió 125 c 115 c e 105 ir 95 D 85 75 65 55 45

INGEMAR RMA2 A

1 9 / 8 0 / 4 2

1 9 / 8 0 / 5 2

1 9 / 8 0 / 6 2

1 9 / 8 0 /

1 9 / 8 0 /

7 2

1 9 / 8 0 /

8 2

1 9 / 8 0 /

9 2

1 9 / 8 0 /

0 3

1 9 / 9 0 /

1 3

1 9 / 9 0 /

1 0

1 9 / 9 0 /

2 0

1 9 / 9 0 /

3 0

1 9 / 9 0 /

4 0

1 9 / 9 0 /

5 0

1 9 / 9 0 /

6 0

1 9 / 9 0 /

7 0

8 0

1 9 / 9 0 / 9 0

Fecha

Figura 6-16: Histograma de comparación modelación de dirección de corrientes, escenario A. Fuente: Elaboración propia.

Dirección escena rio B 360 340 320 ) s o d a r g ( n io c c re i D

300 280

INGEMAR RMA2 B

260 240 220 200 180 1 9 / 8 0 / 0

1 9 / 8 0 / 1

1 9 / 8 0 / 2

1 9 / 8 0 / 3

1 9 / 8 0 / 4

1 9 / 8 0 / 5

1 9 / 8 0 / 6

1 9 / 8 0 / 7

1 9 / 8 0 / 8

1 9 / 8 0 / 9

1 9 / 8 0 / 0

1 9 / 8 0 / 1

1 9 / 9 0 / 1

1 9 / 9 0 / 2

1 9 / 9 0 / 3

1 9 / 9 0 / 4

1 9 / 9 0 / 5

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

3

3

0

0

0

0

0

Fecha

Figura 6-17: Histograma de comparación modelación de dirección de corrientes, escenario B. Fuente: Elaboración propia.

En las figuras 6-16 y 6-17 se aprecia que el modelo hidrodinámico reproduce de manera adecuada el patrón de corrientes en las cercanías de la ubicación del emisario en los escenarios A y B respectivamente. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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6.3.4. Sensibili zación del mo delo Para determinar la influencia de las variables que interactúan con las corrientes en la bahía de Quintero y su nivel de relevancia en el modelo hidrodinámico, fueron reproducidos escenarios especiales en que estos factores se desarrollaban de manera individual es decir, el modelo fue sensibilizado para las distintas variables que interactúan en el medio natural.

6.3.4.1 Sensib ilización p or el f actor vi ento Un flujo de corrientes conocida se sometió a distintos regímenes de viento tomando en cuenta las magnitudes límites medidas y una posible para valores de tormenta. Las condiciones usadas como parámetro corresponden a una corriente de 0.15 m/s en la boca del emisario (nodo 3176) con dirección NW y un régimen de marea de 2 m.

Figura 6-18: Resumen de modelaciones realizado para sensibilización por viento. Fuente: Elaboración propia.

CONDICIÓN MÍNIMO

DIRECCIÓN VIENTO NE

SW

4 m/s

4 m/s

MÁXIMO

8 m/s

8 m/s

TORMENTA

14 m/s

14 m/s

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Figura 6-19: Ubicación del nodo de pruebas en la malla de integración. Fuente: Elaboración propia.

En la siguiente tabla se ilustran las velocidades obtenidas en cada modelación para los valores vectoriales x e y, además de la variación de cada medida respecto a los valores de referencia respectivos de acuerdo a la formula: ΔV= (Vcaso n – Vref )x100 Vref Figura 6-20: Resumen de sensibilización por el factor viento. Fuente: Elaboración propia. CASO

CORRIENTE (m/s)

VALOR DE REFERENCIA (m/s)

Δ Vy

Δ Vx

0,0063 0,0063 0,0063 0,0063 0,0063

0,192554 0,577663 0,770218 -0,256739 -0,641848

-1,587301 -1,587301 1,587301 0 1,587301

0,0063

-1,540436

-4,761904

Vy

Vx

Vy

Vx

NE-4 NE-8 NE-14 SW-4 SW-8

0,1561 0,1567 0,157 0,1554 0,1548

0,0062 0,0062 0,0064 0,0063 0,0064

0,1558 0,1558 0,1558 0,1558 0,1558

SW-14

0,1534

0,006

0,1558

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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Estos resultados se presentan en los siguientes gráficos:

Sensibilización eje X 0,0070 0,0068 0,0066 ) s / 0,0064 m ( e t 0,0062 n e i r r 0,0060 o c

Velocidad de corriente (x) Valor de referencia

d a 0,0058 id c o l 0,0056 e V

0,0054 0,0052 0,0050 NE-4

NE-8

NE-14

SW-4

SW-8

SW-14

Viento

Figura 6-21: Gráfico de velocidades de corriente para el eje X. Fuente: Elaboración propia.

Sensibilización eje Y 0,1700

0,1650 ) s / m ( 0,1600 te n e i r r o 0,1550 c d a id c 0,1500 o l e V

Velocidad corriente (y) Valor de referencia

0,1450

0,1400 NE-4

NE-8

NE-14

SW-4

SW-8

SW-14

Viento

Figura 6-22: Gráfico de velocidades de corriente para el eje Y. Fuente: Elaboración propia.

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6.3.4.2 Sensibilización por señal de marea La condiciones de borde para marea (input) correspondiente al punto “A” indicado en la figura 6-23, se definieron de acuerdo a los datos de amplitud y período, obtenidos previamente del estudio “Construcción de Puerto marítimo en bahía Quintero, 1987”. Obteniendo así una señal de marea de 24 horas con su máxima pleamar cada 12 horas con una amplitud máxima de 1,8 m, como se observa en la figura 2.

Figura 6-23: Ubicación en planta de los puntos de sensibilización para señales de marea. Fuente: Elaboración propia.

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Marea (in) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Marea (in) 0

5

10

15

20

25

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1

Figura 6-24: Señal de marea para condición de borde (input) Fuente: Elaboración propia.

Para determinar la sensibilidad del sistema se registraron las señales de marea en puntos relevantes tales como; punto de descarga del emisario “C” (nodo 1530), entrada norte de la bahía “B” (nodo 1530) y entrada sur de la bahía “D” (nodo 7187). De esta forma se podrá analizar la variación respecto a la señal de entrada y su relación hidrodinámica.

1 0,8 0,6 0,4 0,2

Marea (in) Marea out (B)

0 0

5

10

15

20

25

Marea out (C) Marea out (D)

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1

Figura 6-25: Señales de marea registradas (output) superpuestas en la señal srcinal (input) Fuente: Elaboración propia.

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La señal de marea obtenida para la zona de descarga del emisario, indicada en el punto “B” de la figura 1 (nodo 4977), obtuvo una variación del 26.57% respecto a la señal de entrada puesto que su máxima amplitud fue de 0.47m (figura 3). La señal de marea obtenida para la zona de entrada norte de la bahía, indicada en el punto “C” de la figura 1 (nodo 1530), obtuvo una variación del 27.71% respecto a la señal de entrada puesto que su máxima amplitud fue de 0.49m (figura 5). La señal de marea obtenida para la zona de entrada sur de la bahía, indicada en el punto “D” de la figura 1 (nodo 7187), obtuvo una variación del 26.53% respecto a la señal de entrada puesto que su máxima amplitud fue de 0.47m (figura 7). Se puede concluir que la modificación de la señal de marea, a medida que está avanza en el territorio (de norte a sur) es consistente con una hidrodinámica normal de bahía ya que presenta amplitudes proporcionales y responde a un comportamiento de atenuación de la onda observada en la distancia de los picos en el gráfico (pleamar o marea más alta registrada).

6.3.5. Simul ación co n mo delo de di spersión RMA4 Para diagnosticar el estado actual del emisario y las posibles ampliaciones ha realizar, se efectuaron 3 tipos de modelaciones; correspondientes al estado actual (272 m sin difusor), situación actual con difusor (292 m total) y un aumento de 728 m incluyendo un difusor de 40m (1000 m total) cada una en dos escenarios posibles (corrientes con dirección NW y S) para el contaminante que luego de la dilución inicial aún sobrepasaba la norma de descarga (coliformes fecales). Se consideró la situación más desfavorable, que corresponde al caso de velocidad de corriente de 28 a 30 cm/s con un rango de marea promedio de 2 m. A partir de los estudios de rodamina efectuados por INGEMAR se establecieron coeficientes de dispersión con un valor de 0.1005 m2 en el plano horizontal. Para el modelo RMA4 se recomienda que la modelación se prolongue hasta que la pluma logre estabilizarse; es decir, se alcance un equilibrio entre el caudal de salida y el decaimiento másico a objeto de definir el comportamiento de la pluma (Users guide RMA2). Considerando que el decaimiento bacterial de la pluma de descarga es de un T90 de 1,5 hrs para una descarga de 5380 coliformesNMP/100ml, se estima que el tiempo

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mínimo de modelación es de 7 hrs. No obstante, se han adoptado 12 hrs. de simulación para abarcar una marea completa. Figura 6-26: Escenarios de simulación para el modelo RMA4 Fuente: Elaboración propia

MODELO

Longitud Rapidez Dirección Emisario media Corriente (m) (cm/s)

Rango de marea (m)

Kx (m2/s)

Ky (m2/s)

Difusor

Tiempo modelo (hr)

1-A

272

NW

28

2

0,1

0,1

NO

12

1-B

272

S

28

2

0,1

0,1

NO

12

2-A

292

NW

28

2

0,1

0,1

SI

12

2-B

292

S

28

2

0,1

0,1

SI

12

3-A

1000

NW

28

2

0,1

0,1

SI

12

3-B

1000

S

28

2

0,1

0,1

SI

12

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60


Modelación 1-A y 1-B En las casos 1-A y 1-B (figuras 6-27 y 6-28) se puede observar que la configuración actual del emisario no logra un funcionamiento optimo ya que, a pesar de que la dilución inicial es de 89.05 NMPCOL/100ml con lo que se estaría cumpliendo la descarga máxima dentro de la ZPL (1000 col NMP/100ml) y la pluma alcanza el área de manejo con una concentración de 10 NMPCOL/100ml respetando la descarga máxima permitida (70 NMPCOL/100ml) la pluma alcanza directamente las zonas costeras con una concentración de hasta 10 col NMP/100ml, lo que no infringe la normativa pero es riesgoso para la salud de la población y produce un impacto de tipo escénico.

Figura 6-27: Simulación 1-A, estado actual (272m) sin difusor, escenario A (corrientes NW). La pluma alcanza directamente las zonas costeras. Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-28: Simulación 1-B, estado actual (272m) sin difusor, escenario B (corrientes S). La pluma alcanza directamente las zonas costeras. Fuente: Elaboración propia.

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62


Modelación 2-A y 2-B Para el caso de agregado de un difusor (292m total) en la simulación (figura 6-29 y 6-30) se puede observar que la utilización de un difusor aumenta la efectividad del emisario puesto que la pluma logra una dilución inicial bajo los 60 col NMP/100ml y se estabiliza a una distancia menor, no obstante sigue alcanzando el área de manejo con una concentración de 10 NMPCOL/100ml y aún se está alcanzando directamente la playa con la misma concentración; lo que indica que el funcionamiento no es aceptable. Cabe señalar que en el caso 2-B (corrientes sur) el tamaño de la pluma es prácticamente igual que en el caso sin difusor (1-B), esto debido a que el recorrido es casi en línea recta lo que facilita la dispersión, al contrario del caso con corrientes NW (1-A, 2-A).

Figura 6-29: Simulación 2-A, emisario con difusor (292m), escenario A (corrientes NW). La pluma alcanza directamente las zonas costeras. Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-30: Simulación 2-B, emisario con difusor (292m), escenario B (corrientes S). La pluma alcanza directamente las zonas costeras. Fuente: Elaboración propia.

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Modelación 3-A y 3-B Para el caso de alargue del emisario e instalación de un difusor a un total 1000m (figuras 6-31 y 6-32) se observa que para ambos escenarios se cumplen las restricciones medioambientales puesto que se descarga fuera de la ZPL con una concentración menor a 10 col NMP/100ml y la pluma tiende a alejarse de la costa estabilizándose sin alcanzar ningún área de manejo.

Figura 6-31: Simulación 3-A, alargue a 1000m y difusor, escenario A. La pluma no alcanza ninguna zona de restricción. Fuente: Elaboración propia.

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Figura 6-32: Simulación 3-B, alargue a 1000m y difusor, escenario B. La pluma no alcanza ninguna zona de restricción. Fuente: Elaboración propia. Figura 6-33: Resumen de cumplimiento para escenarios de simulación. Fuente: Elaboración propia

Longitud Dirección MODELO Emisario Corriente (m)

Difusor

Cumple Condiciones

1-A

272

NW

NO

NO

1-B

272

S

NO

NO

2-A

292

NW

SI

NO

2-B

292

S

SI

NO

3-A

1000

NW

SI

SI

3-B

1000

S

SI

SI

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66


7. ANALISIS HIDRÁULICO DIFUSOR El difusor constituye la estructura final del emisario submarino donde se ubican las boquillas a través de las cuales se evacuan las aguas servidas en el medio oceánico. El diseño del difusor se define como un compromiso entre el funcionamiento hidráulico y ambiental (boquillas de gran diámetro reducen perdida de carga pero disminuyen la dilución inicial y viceversa). Por facilidad constructiva se ha optado por un difusor telescópico de una sola rama en material HDPE. A continuación se determina la longitud del difusor y la cantidad, diámetro y espaciamiento de las boquillas. La longitud total del difusor, de acuerdo a recomendaciones técnicas ( IAHR, 2005), debe ubicarse en el rango 80Q < L < 120Q; con Q (m3/s) y L (m). Para el caudal de diseño máximo de 0.370m3/s, se obtiene un rango recomendable entre 29,6m y 44,4m de longitud. Se opta por una longitud de 40m. Para determinar el diámetro del difusor y número de boquillas es deseable obtener una descarga uniforme por unidad de longitud (IAHR, 2005). Para este efecto: -

El diámetro de las boquillas debe ser entre 75mm y 150mm.

-

El espaciamiento entre boquillas debe respetar la condición de 5
La profundidad de la descarga se ha obtenido a partir de los levantamientos de perfiles batimétricos realizados por el SHOA siendo corroborada por buceo de reconocimiento (Referencia 7). En el caso del diagnostico del estado actual corresponde a 4m de profundidad, y en el caso de evaluación de alargue para longitudes de entre 900m y 1000m (rango tentativo para la longitud del emisario), la profundidad corresponde a 15m de profundidad. En la figura 7-1 se presenta el número de orificios para el caudal de diseño y distintos valores del diámetro de boquilla junto a las 4 condiciones establecidas anteriormente. Para un difusor de 630mm con 12 boquillas son elegibles los diámetros 90, 110, y 125mm de diámetro exterior cada una. Se adopta un diámetro nominal de 125 mm.

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67


Figura 7-1: Características para las boquillas del difusor Fuente: Elaboración propia DIAM ESPESOR DIAM NOM HDPE INT mm mm mm 90 110 125

5.4 6.6 7.4

AREA m2

NUM AREA COND. LONG DIST ORIF. TOBERA AREAS m orif. m RAMA m2

79.2 0.0049 96.8 0.0074 110.2 0.0095

12 12 12

0.0591 0.0883 0.1145

SI SI SI

40 40 40

2 2 2

Z/e COND VEL CUMPLE Z/e ORIF CONDS. m/s 7.5 7.5 7.5

SI SI SI

3.1 2.1 1.6

SI SI SI

El paso siguiente es determinar el angostamiento progresivo de diámetro del difusor, cuyo objetivo es garantizar velocidades de autolavado mayores a 1m/s en el ducto. En la figura 7-2 se presenta la variación del diámetro del difusor desde los 560 mm nominales en el inicio del mismo (boquilla 1) hasta los 180 mm en el termino del mismo (boquilla 12). Figura 7-2: Diámetros de las boquillas del difusor telescópico Fuente: Elaboración propia.

(1)

Prof. Boquilla m (2)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15

Nº Boquilla

h m

dq m3/s

(4)

dh H&W m (5)

(6)

(7)

D nom Difusor mm (8)

0.63 0.577 0.578 0.585 0.581 0.583 0.588 0.572 0.581 0.568 0.582 0.571

0.016 0.011 0.007 0.007 0.006 0.005 0.006 0.005 0.006 0.004 0.005 0.006

1.54 1.551 1.558 1.565 1.571 1.575 1.581 1.586 1.592 1.596 1.591 0

0.0329 0.0302 0.0304 0.0308 0.0307 0.0308 0.0312 0.0304 0.0309 0.0303 0.0309 0.0304

630 560 560 500 500 450 450 400 355 315 250 180

Carga m.c.a

Cd

(3) 1.524 1.54 1.551 1.558 1.565 1.571 1.575 1.581 1.586 1.592 1.586 1.591

vn m/s

Cumple vn>1

(9)

(10) si si si si si si si si si si si si

1.66 1.65 1.54 1.62 1.59 1.5 1.76 1.62 1.83 1.61 1.77 1.93

(1) Número de orden de la boquilla. 1 corresponde a la más cercana al emisario. y 12 a la que se encuentra al final del difusor. (2) Profundidad de la boquilla (3) Carga hidráulica en m.c.a. (4) Coeficiente de pérdida de carga de la boquilla (5) Pérdida de carga en la boquilla (6) Pérdida de carga total (7) Caudal saliente por boquilla (8) Diámetro nominal de difusor (9) Velocidad de salida de la Boquilla (10) Cumplimiento de la condición vn>1m/s

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68


8. CONCLUSIONES 8.1. CONFIGURACIONES PROPUESTAS PA RA EL EMISARIO SUBMARINO Luego de simular los escenarios más recurrentes (corrientes hacia el NW y S) y en las peores condiciones para la dispersión de contaminantes (velocidades máximas de corriente de 28 m/s). Y tomando en cuenta las restricciones ambientales: descargas máxima de 1000 coliformes NMP/100ml y, 0.2 y 0.01 para Arsénico y Selenio respectivamente dentro de ZPL; y 70 coliformes NMP/100ml en áreas de manejo, así como ausencia de concentraciones para contacto directo en costa. Se recomienda alargar el emisario submarino en 688 m incluyendo un difusor de 40m alcanzando un total de 1000m de largo siguiendo la alineación hacia el SW, para de esta forma eliminar el retorno del efluente a la costa y eliminar toda posibilidad que este alcance el área de manejo A (norte) la que deberá ser corroborada con los datos y simulaciones de una campaña de verano, aunque se estima que los resultados no deben variar en gran medida pues las condiciones de invierno son más extremas y representan el peor escenario para la dispersión de contaminantes.

Figura 8-1: Detalles de diseño propuesta emisario. Fuente: Elaboración propia.

EMISARIO Longitud Material Diámetro exterior Espesor COORDENADAS EJE INICIO Norte

6.372.901,5

Este TERMINO Norte Este

297.350,9 6.373.215,4 298.299,5

960m HDPE 630mm 20mm

Cabe señalar que la instalación de un difusor de 40m y 12 boquillas en la boca del emisario, además de aumentar la capacidad dilutiva del emisario ampliando el límite de concentraciones iniciales al cargar el emisario. Es actualmente considerado un requisito ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


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básico de diseño para emisarios submarinos en la legislación nacional (DIRECTEMAR, 2006) e internacional (Jirka et al, 2004), ya que desarrolla la versatilidad del emisario posibilitándolo para tratar caudales mayores o cargas más concentradas, disminuyendo los costos en el pretratamiento de los contaminantes a descargar disminuye de forma importante el impacto en la descarga puntual del efluente.

Figura 8-2: Detalles de diseño, propuesta difusor emisario submarino. Fuente: Elaboración propia.

DIFUSOR Longitud Material Diámetro exterior inicial Espesor: Distancia entre boquillas Diámetro Boquillas: Diámetro Final

40m HDPE 630mm 19,5 3.6m 125mm 180mm

8.2. RECOMENDACIONES FINALES a) A objeto de corroborar la configuración del emisario propuesta en este informe, se recomienda efectuar una simulación de la dispersión de contaminantes en las condiciones derivadas de una campaña de verano; se sugiere la campaña de verano realizada por INGEMAR Ltda. entre el 23/12/91 y el 02/02/92 a objeto de seguir la misma metodología del estudio utilizado como base para este informe, INGEMAR, referencia 2. b) Complementar los estudios de impacto ambiental de las ampliaciones para el emisario submarino Codelco con estudios de interacción y acumulación de contaminantes en el fondo marino para completar las 3 zonas que se ven impactadas en una descarga submarina de agua: zona ascendente, zona de campo de mezcla horizontal y zona terciaria o de decaimiento (DIRECTEMAR, 2006) – en este estudio se tratan las zonas ascendentes (análisis dilución inicial) y zona de mezcla horizontal (análisis de dispersión)-

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70


c) Para un estudio de dispersión de la pluma contaminante en la ampliación del emisario submarino se deberán considerar las siguientes recomendaciones: En la campaña de correntometría fija se recomienda instalar 3 correntómetros a 4m de profundidad, cuyos registros servirán para complementar el estudio de dispersión de las aguas contaminantes. Dichos instrumentos debieran medir de manera simultánea y ubicarse en los siguientes puntos: a) Sobre la ubicación propuesta para la descarga del emisario (N: 6.373.215,4 – S: 298.299,5) es decir a 1000m de la playa (inicio del emisario) en dirección SW. b) A 300m al NW de la ubicación propuesta para la descarga del emisario. c) A 500m al S de la ubicación propuesta para la descarga del emisario. Se recomienda además efectuar medidas del perfil de velocidades en el cuerpo de agua en las condiciones de flujos máximo y mínimo durante un periodo de un mes. En caso de no considerar las mediciones en forma permanente se recomienda efectuar los registros durante las sicigias y cuadraturas lunares que ocurran durante el mes elegido. La medición debe ser efectuada con correntómetros y barrer la profundidad (comenzando en 20m de profundidad aproximadamente) con al menos cuatro mediciones en la vertical, es decir cada 5 metros. Estos registros permitirán determinar la distribución vertical de las corrientes y su efecto sobre la estratificación de la pluma.

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71


9. BIB LIOGRAFIA Y REFERENCIAS 9.1. REFERENCIAS 1.- Carta náutica Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada (SHOA) Nº 4321 de la zona de Quintero. 2.- “Línea de Base bahía de Quintero” para “Evaluación de Impacto Ambiental de Efluentes Líquidos en Ventanas”. Informe Nº2, campaña de invierno. INGEMAR Ltda. Julio 1992. 3.- “Línea de Base” elaborada por TECNOLAB consultores para “Evaluación de Impacto Ambiental Terminal Marítimo, Oxiquim” de 1997 4.- “Estado de Situación Nacional para Áreas de Interés” al 30 de enero del 2007, de la Subsecretaría de Pesca. 5.- “Informe Anual de Monitoreo Ambiental, FRV” realizado por el Departamento de Sustentabilidad perteneciente a Codelco división Fundición y Refinería Ventanas. 2006. 6.- “Planos de Diseño Proyecto Emisario, FRV” preparado por el Departamento de Ingeniería perteneciente a Codelco división Fundición y Refinería Ventanas. 1987. 7.- “Construcción de Puerto marítimo en bahía Quintero” Memoria de título, autor Juan Ernesto Nieto Jones. Universidad de Chile. 1987.

9.2. BIBLIOGRAFÍA Hinrichsen, D. 1998. Coastal Waters of the World: Trends, Tretas, and Strategies. Washington D.C. Island Press. Kiely, G. Ingeniería Ambiental: Fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión. Editorial McGraw-Hill. 1330 pp. Madrid, 1999.

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González, M.; Gyssels, P. Mader, J.; Borja, A.; Galparsoro, I. y Uriarte, A. 2001. La modelización numérica de la dispersión de productos de desecho vertidos desde explotaciones de acuicultura: Una herramienta para la adecuada gestión medioambiental del sector. Publicación, VIII Congreso Nacional de Acuicultura. Santander, España, mayo 2001. Fundación AZTI. http://www.revistaaquatic.com/index.asp?p=aquatic/art.asp?c=107 Lakhan, Chris. 2003. Advances in coastal modeling. Editorial Elsevier. 1ª Ed. 130 pp Ámsterdam. Seoánez Calvo, Mariano. 2000. Manual de Contaminación Marina y Restauración del Litoral. Primera Edición. España. Ediciones Mundi-Prensa. Tomasello Hart, Leslie. 2004. Régimen jurídico de la contaminación marina. Primera Edición. Chile. Ed. Librotecnia.

UNEP. 2002. Water Supply & Sanitation Coverage in Regional Seas, Need for Regional Wastewater Emissions Targets?.http://www.gpa.unep.org/documents/RS Sanitation & WET draft report UNEP. 2004. Guidelines

on

Municipal

Wastewater

Management.,

Version

3,

http://www.gpa.unep.org/documents/wastewater/GuidelinesMunicipalWastewaterMgntvers ion3.pdf DIRECTEMAR (Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante). 2006. Guía Metodológica sobre procedimientos y consideraciones ambientales básicas para la descarga de aguas residuales mediante emisarios submarinos. DIRECTEMAR (Dirección General del Territorio Marítimo y de Marina Mercante). 2006. Folleto explicativo, Guía Metodológica sobre procedimientos y consideraciones ambientales básicas para la descarga de aguas residuales mediante emisarios submarinos.

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73


Jirka, Gerhard. H y Bleninger, Tobias. 2004. Diseño de Emisarios Submarinos con Difusores para la Protección de la Calidad del Agua Costera: XXI Congreso Latinoamericano de Hidráulica. São Pedro, Estado de São Paulo, Brasil, Octubre. Atonio Ruiz Mateo. 1998. Vertido al Mar de Aguas Residuales Mediante Emisarios Submarinos. Centro de Estudios de Puertos y Costas, CEDEX. Publicación, Master en Ingenieria de Puertos y Costas. Revilla C., José. 1998. Metodología de Estudio de los Saneamientos Litorales. Grupo de Emisarios Submarinos e Hidráulica Ambiental. Universidad de Cantabria, España. Salas, Henry J. 1988. Diseño de emisarios submarinos. Curso regional sobre técnicas microbiológicas para evaluar la contaminación en aguas y playas del pacifico sudeste: Suplemento 1. Edición PNUMA. Bogota, Colombia. IWA. 2006.. Emisarios Submarinos. Asociación Internacional del agua, Grupo especialista de Tratamiento de Aguas Residuales de los Emisarios Submarinos. Suplemento, mayo. IAHR. 2005. Consideraciones hidráulicas para emisarios submarinos. Asociación Internacional de Ingeniería e Investigación Hidráulica, Sección Técnica de Mecánica de Fluidos. Informe 1er semestre.

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74


ANEXOS

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75


ANEXO A PROCESO PRODUCTIVO FUNDICIÓN Y REFINERÍA VENTANAS

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76


PROCESO PRODUCTIVO FUNDICIÓN Y REFINERÍA VENTANAS La Fundición y Refinería Ventanas (FRV) es una de las unidades productivas de la Corporación Nacional del Cobre (CODELCO) y representa el 15% de su patrimonio. Desarrolla funciones administrativas, de producción y servicios lo que posibilita la gestión óptima de los recursos disponibles y los procesos asociados a la fundición y refinación. La principal actividad es la obtención de cobre comercial de alta pureza, 99.99 % ley de Cu. De ésta actividad se deriva la obtención de otros productos como Oro, Plata, Selenio, Telurio, Paladio y Platino, entre otros. Es así, como este proceso productivo comienza con la alimentación al sistema de concentrados de (20-30%) y precipitados de cobre (70-75%), provenientes de plantas que posee CODELCO junto con la compra y maquila de concentrados y precipitados. Estas materias primas pasan a un proceso de mezcla formando un concentrado húmedo cuya composición alcanza una ley del 30% de cobre. Posteriormente, este concentrado húmedo es sometido a procesos de secado y fusión en fundición obteniéndose un producto llamado “Metal Blanco”, el cual alcanza un 75% de Cobre. Luego este producto pasa por un proceso de extracción de sulfuros obteniendo una ley de 97% a 98% denominándose “Cobre Blister”. El proceso siguiente corresponde al Refino a Fuego con la obtención de los productos denominados Ánodos con un 99,66% de ley , los que pueden ser comercializados, destinando una parte para finalmente ser procesados en la planta de Refino Electrolítico, obteniéndose un producto denominado “Cátodo” de calidad High Grade con un 99.99% de ley. Alternamente el barro anódico producido por la refinación del cobre, es procesado electrolíticamente en la Planta de Metales Nobles para obtener Oro, Plata, Selenio, Telurio, Paladio y Platino.

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77


Figura A-1: Proceso fundición y refinería Ventanas. Fuente: CODELCO

La fundición tiene una capacidad instalada de 400 mil toneladas métricas finas al año y la refinería de 315 mil toneladas métricas finas al año.

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78


ANEXO B EXTRACTO D.S. Nº90/2000 (MINSEGPRES)

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79


Extracto D.S. Nº 90/2000 (MINSEGPRES), con relación a la descarga de residuos líquido s a cuerpos de agua ma rino s. 4.4. Limites máximos permitidos para la descarga de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos. 4.4.1 Las descargas de residuos líquidos a cuerpos de agua marinos deberán hacerse en el lugar y forma que determine conforme a la normativa vigente sobre la materia. Los residuos líquidos que se viertan deberán cumplir con los limites establecidos en la presente norma de acuerdo a si la descarga se autoriza dentro de la zona de protección litoral o fuera de ella. 4.4.2 Descargas de residuos líquidos dentro de la zona de protección litoral. Las descargas de residuos líquidos, que se efectúen al interior de la zona de protección litoral, deberán cumplir con los valores contenidos en la Tabla Nº 4.

TABLA Nº 4 LIMITES MÁXIMOS PERMITIDOS PARA LA DESCARGA DE RESIDUOS LÍQUIDOS A CUERPOS DE AGUA MARINOS DENTRO DE LA ZONA DE PROTECCIÓN LITORAL CONTAMINANTE

UNIDAD

EXPRESIÓN

LIMITE MÁXIMO PERMISIBLE

Aceites y grasas

mg/L

AyG

20

Aluminio

mg/L

Al

1

Arsénico

mg/L

As

0,2

Cadmio

mg/L

Cd

0,02 -

Cianuro

mg/L

CN

Cobre

mg/L

Cu

1

Coliformes fecales o Termotolerantes

NMP/100 ml

Coli/100 ml

1000-70*

Índice de Fenol

mg/L

Fenoles

0,5

6+

0,5

Cromo Hexavalente

mg/L

Cr

0,2

Cromo Total

mg/L

Cr Total

2,5

DBO5

Mg O2/L

DBO5

60

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80


Estaño

mg/L

Sn

0,5

Fluoruro

mg/L

F

-

1,5

Fósforo

mg/L

P

5

Hidrocarburos totales

mg/L

HCT

10

Hidrocarburos volátiles

mg/L

HC

1

Hierro disuelto Manganeso

mg/L mg/L

Fe Mn

10 2

Mercurio

mg/L

Hg

0,005

Molibdeno

mg/L

Mo

0,1

Níquel

mg/L

Ni

2

Nitrogeno Total Kjeldahl

mg/L

NKT

50

PH

Unidad

PH

6,0-9,0

Plomo

mg/L

Pb

10,2

SAAM

mg/L

SAAM

10

Selenio

mg/L

Se

0,01

Sólidos Sedimentables

mg/l/h

S.SED

5

Sólidos Suspendidos Totales

mg/L

S.S.

100

Sulfuros

mg/L

S2-

1

Zinc

mg/L

Zn

5

Temperatura

ºC

Tº

30

* = En áreas aptas para la acuicultura y áreas de manejo y explotación de recursos bentónicos, no se deben sobrepasar los 70 NMP/100 ml. 4.4.3 Descargas fuera de la zona de protección litoral. Las descargas de las fuentes emisoras, cuyos puntos de vertimiento se encuentran fuera de la zona de protección litoral, no deberán sobrepasar los valores de concentración señalados en la Tabla Nº 5.

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81


TABLA Nº 5 LIMITES MÁXIMOS DE CONCENTRACIÓN PARA DESCARGA DE RESIDUOS LÍQUIDOS A CUERPOS DE AGUA MARINOS FUERA DE LA ZONA DE PROTECCIÓN LITORAL. CONTAMINANTE

UNIDAD EXPRESIÓN LIMITE MÁXIMO PERMISIBLE

Aceites y grasas Aluminio

mg/L mg/L

AyG Al

350/150 * 10

Arsénico

mg/L

As

0,5

Cadmio

mg/L

Cd

0,5 -

Cianuro

mg/L

CN

Cobre

mg/L

Cu

3

Índice de Fenol

mg/L

Fenoles

1

6+

1

Cromo Hexavalente

mg/L

Cr

Cromo Total

mg/L

Cr Total

0,5 10

Estaño

mg/L

Sn

1

Fluoruro

mg/L

F

-

Hidrocarburos totales

mg/L

HCT

20

Hidrocarburos volátiles

mg/L

HC

2

Manganeso

mg/L

Mn

4

Mercurio

mg/L

Hg

0,02

Molibdeno

mg/L

Mo

0,5

Níquel

mg/L

Ni

4

PH

Unidad

PH

5,5-9,0

Plomo

mg/L

Pb

1

SAAM

mg/L

SAAM

15

Selenio

mg/L

Se

0,03

Sólidos Sedimentables mg/l/h Sólidos Suspendidos Totales mg/L

S.SED S.S.

350/150 * 700/300 *

Sulfuro

mg/L

S2-

5

Zinc

mg/L

Zn

5

6

* Límite máximo permisible a partir del 10º año de vigencia del decreto.

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82


ANEXO C EXTRACTO NCh 1.333 of .78 (MOP)

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83


Extracto NCh 1. 333 of.78 ( MOP), con r elación a l os l ímites máximos de calidad del agua para diferentes uso s (potable, bebida, animales, riego, recrea ción y estética, y vida acuática) PARAMETRO

METODO DE ANALISIS Limites químicos

LIMITE MAXIMO

Aluminio

Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa

5 mg/l

Arsénico

Espectrofotometría de Absorción Atómica-Generación de Hidruros (NCh 2313/9 Of 96)

0,10 mg/l

Bario Berilio Boro Cadmio

Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa Espectrofotometría de Absorción Molecular Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa (NCh 2313/10 Of 96)

4,00 mg/l 0,10 mg/l 0,75 mg/l 0,010 mg/l

Potenciometría (NCh 2313/14 Of 97) Argentometría (NCh 2313/32 Of 99) Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa

200,00 mg/l

Conductividad

Método electrolítico

según tipo de cultivo

Cobre

Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa (NCh 2313/10 Of 96)

0,20 mg/l

Cromo


0,1

Fluoruro

Método potenciométrico después de destilación (NCh 2313/33 Of 99)

1 mg/l

Cianuro Cloruro Cobalto

0,20 mg/l

0,050 mg/l

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


84


Hierro Litio Litio (cítricos)

Método de la Fenantrolina Espectrofotometría de Emisión Atómica con aspiración directa Espectrofotometría de Emisión Atómica con aspiración directa

5mg/l 2,50 mg/l 0,075 mg/l

Espectrofotometría de Absorción Manganeso

Atómica con aspiración directa (NCh 2313/10 Of 96)

0,20 mg/l

Mercurio

Espectrofotometría de Absorción Atómica- vapor frío (NCh 2313/12)

0,001 mg/l

Molibdeno

Espectr. de Abs. Atómica con aspiración directa (NCh 2313/13 Of98)

0,010 mg/l

Níquel pH Plata Plomo

Selenio Sodio porcentual Sólidos disueltos totales

Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa (NCh 2313/10 Of 96) Potenciometría (NCh 2313/1 Of 95) Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa (NCh 2313/10 Of 96) Espectrof.de Abs.Atómica con generación continua de hidruros (NCh 2313/30 Of 99) Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa Gravimetría

0,20 mg/l 5,5 - 9,0 0,20 mg/l 5,00 mg/l

0,020 mg/l 35,00% según tipo de cultivo

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


85


Sulfato Vanadio

Gravimetría (NCh 2313/18 Of 97) Espectrofotometría de Absorción Atómica con aspiración directa

250 mg/l 0,10 mg/l

Zinc


2,00 mg/l

Coliformes fecales

Limites microbiológicos Determinación de coliformes fecales en medio A 1 (NCh 2313/23 Of 95)

1000 col. fecales/100 ml

MUESTREO: Se efectúa según lo establecido en las normas NCh411 / Of 96 y NCh 2313 y a lo descrito en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th Ed.

Requis itos del agua para recreación con con tacto directo CARACTERISTICAS PH

REQUISITOS 6,5 A 8,3

Tempeatura, °C, máximo

30

Claridad, minimo (*)

Visualización disco Secchi a 1,20 m de profundidad.

Sólidos flotantes visibles y espumas no naturales

Ausentes

Aceites flotantes y grasas, mg/l, máximo (*)

5 mg/L

Aceites y grasas 10mg/L emulsificada, mg/l, máximo (*) Color, unidades Escala Pt-Co, 100, ausencia de colorantes máximo artificiales Turbiedad, unidades Escala Silice, máximo (*)

50

Coliformes fecales /100 ml, máximo (*)

1000

Substancias que produzcan olor o sabor inconvenientes

Ausentes

Tabla 5-1: Requisitos del agua para recreción con contacto directo. Fuente: NCh 1.333 Of.78 MOP.

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2008 - Estudio de La Pluma de Descarga Del Emisario Submarino Codelco, V Región - A.olivares Uv

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