“UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA” “FACULTAD DE INGENIERIA”
“ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA HIDRAULICA “
TI TULO TULO DE L TRABAJ O:
“MODELO QUAL2K” ALUMNO: AL A L V A R A D O CURSO: ME TODO TODOS S
C ORTE OR TE G A NA , R ONA L D OMAR OMA R
NUME NUME RI COS COS Y APLI CADOS CADOS
CAJAMARCA – PERU PERU
2018
El comportamiento de los contaminantes en el agua es esencialmente dinámico, pues los contaminantes están en permanente movimiento, ya sea por efecto del propio movimiento del agua, o por la movilidad natural de las moléculas y partículas coloidales. Los fenómenos de transporte de contaminantes en cuerpos de agua han sido ampliamente estudiados y han dado origen a numerosas formulaciones matemáticas que describen su comportamiento (Castillo G., 2008). En la actualidad existe un sin número de modelos matemáticos, desarrollados con la finalidad de estudiar el comportamiento de un determinado contaminante o un grupo de éstos a lo largo de una corriente natural (García Q., 2008).
El modelo QUAL2K fue desarrollado por Steven Chapra en el año 2001 como continuación y modificación de los diversos modelos QUAL que se habían desarrollado desde la década de los 80’s por la Agencia de Protección Ambiental (EPA). Este modelo considera los procesos de oxigenación presentes en los ríos, además de los ciclos de nitrógeno (sobre todo la nitrificación) e incluye ciclos de fósforo y algas. Por lo tanto, el QUAL2K es más completo que los modelos anteriores, ya que considera más componentes. Algunas de las características principales del QUAL2K (EPA, 2007) son: − El modelo opera en Excel, lo cual facilita la captura de datos, así como la generación y presentación de resultados y, además, no hay limitaciones en la especificación del número de tramos que se pueden modelar. − El modelo realiza un análisis unidimensional, lo que indica que considera que se realiza una buena mezcla tanto lateral como verticalmente. La problemática que representa tener un modelo unidimensional se compensa con el hecho de que se le pueden incorporar los aportes laterales que ingresan al río producto de los efluentes o de ríos tributarios. − Para cada elemento de cálculo se describe un equilibrio hidrológico en términos del flujo, un equilibrio de calor en términos de la temperatura, y un balance material en términos de la concentración
Permite calcular en forma explícita las interacciones entre el agua y los sedimentos que determinan la calidad de agua. − Entre los procesos que considera el modelo se pueden citar: interacciones entre el sedimento y el agua, algas inferiores, extinción de luz, pH y patógenos. − Entre las características hidráulicas necesarias se encuentran profundidad y velocidad. − El tiempo del recorrido es calculado en función del vo lumen y del flujo de este tramo. − Utiliza reacciones bioquímicas como fotosíntesis o respiración, generación y consumo de oxígeno. − Calcula las interacciones principales entre aproximadamente 15 variables de estado. La interface entre el modelo QUAL2K y el usuario está escrita en EXCEL. Una Serie de pestañas/hojas (en celeste) están destinadas a introducir la información. El resto incluye los resultados del modelo en forma gráfica (rosa) o en forma de tablas (pestañas de color verde claro). Las pestañas de entrada de datos son 1. Qual2k 2. Headwater 3. Downstream 4. Reach 5. Reach rates 6. Air Temperature 7. Dew point temperatures 8. Wind speed 9. Cloud Cover 10. Shade 11. Rates 12. Light and heat 13. Diffuse Sources 14. Point Sources En la pestaña 1, identificamos el río y definimos el nombre del archivo de texto (con la extensión .q2k) en el que se guarda toda la información. Este archivo guarda todos los datos de entrada y los resultados de la ejecución, y nos permite cargar nuestro problema y seguir trabajando en él, en caso de no acabar. En la pestaña 2 ‘headwater’ proporcionamos al modelo los datos de caudal de agua entrante, y definimos su calidad en función de una serie de parámetros indicadores.
Sólo nos interesan, en este caso, el contenido de materia orgánica (expresada como D.B.O) oxígeno y temperatura. El modelo permite estudiar las variaciones de la calidad del agua que se producen en distintos momentos del día, y por tanto, debemos dar información de contenido de materia orgánica, oxígeno y temperatura, a distintas horas. Si lo que buscamos es simular el comportamiento del oxígeno y la materia orgánica en el río en estado estacionario, los valores de las variables de estado para las distintas horas debe ser la misma. Además en esta pestaña definimos las condiciones hidráulicas de flujo en la entrada del tramo de río. Imágenes de la Interfaz del modelo QUAL2K Fig1. Pestaña QUAL2K
Fig2. Pestaña Headwater
Fig3. Pestaña Downstream
Fig4. Pestaña Reach
Este modelo nos permite determinar la calidad de agua, a partir de diferentes indicadores que se toman en un determinado rio, estos datos pueden ser por ejemplo: la materia inorgánica que existe en el agua de este rio, el ph, temperatura, oxigeno, etc. Estos datos se pueden ingresar en el este modelo y determinar la calidad de dicha agua.
