UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA MASTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA HIDRÁULICA Y MEDIO AMBIENTE MODELOS DE CALIDAD DE AGUAS SUPERFICIALES PRÁCTICA GESCAL MODELACIÓN DE UN TRAMO DE RÍO EXPUESTO A UNA CONTAMINACIÓN PUNTAL Realizado por: Luis Fernando Guayllas Poma Vivina Muñoz
1. OBJETIVOS GENERAL
Reproducir la calidad del agua de un segmento del Río Flumen comprendido entre las localidades de Isuela y Alcanadre, que se encuentra expuesto al vertido de las aguas tratadas provenientes de la depuradora de Grañén, a través de un modelo construido con la herramienta GESCAL del programa AQUATOOL.
ESPECÍFICOS
Realizar un análisis de los caudales circulantes circulantes de la serie de aportaciones hidrológicas y su relación con el caudal de vertido proveniente de la población de Grañén. Determinar las constantes que se ajusten mejor al modelo simulado con la herramienta GESCAL. Simular condiciones en las que el vertido que llega al río Flumen supera en un 15% los requisitos exigidos por la ley “Decreto ……” Realizar el análisis de datos obtenidos mediante el modelo, y establecer si el Modelo obtenido se ajusta al funcionamiento del segmento de río en estudio.
2. SITUACIÓN ACTUAL El río elegido corresponde corresponde al Río Flumen, el cual pertenece a la Cuenca Hidrográfica del Ebro. El segmento se encuentra localizado entre la localidad de Isuela y se extiende hasta su confluencia con el río Alcanadre, con una extensión de 5 Km; el tramo en estudio recibe el vertido de la Depuradora de Grañén, que trata las aguas de la población del mismo nombre. La estación de aforo que se encuentra localizada en este tramo es la Estación N° 191.
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En los siguientes apartados se describen el Río Flumen, la Depuradora Grañén y las características del Vertido
Figura 1. Estación de Aforo Nº 191 del Río Flumen en la localidad de Barbués Fuente. CHJ, 2009.
2.1 RIO FLUMEN El río Flumen forma parte de la Cuenca del Río Alcanadre.
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Zona de estudio
Figura 2. Localización del río Flumen y la población de Grañén en la cuenca del río Alcanadre. Fuente. CHJ, 2009. Actualmente el río goza de buena calidad ecológica, tal como se describe en el Plan Hidrológico del Río Alcanadre, cuyas mediciones del índice de macroinvertebrados IBMWP para el año 2005 – 2006 se resumen en la tabla 1, en la que se resaltan los valores obtenidos para el Río Flumen.
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Tabla 1. Resultados del indicador IBMWP en los ríos de la cuenca del Alcanadre durante los años 2004 y 2005.
Fuente. Plan hidrológico del Río Alcanadre. CHE, 2007 Por esto, se lo recomienda dentro de los recorridos turísticos de la provincia de Aragón.
Figura 3. Río Flumen en el segmento comprendido entre el río Isuela y el Río Alcanadre Fuente. www.wikiloc.com
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Fuentes puntuales: vertido de las aguas residuales de las poblaciones cercanas al río y acumulación de escombros y basuras por los usos turísticos. No obstante, el río recibe un vertido proveniente de la Depuradora de Grañén y en menor medida se observa acumulación de escombros y basuras por los usos turísticos.
Vertido de agua depurada
Figura 4. Vista del vertido de aguas residuales de la depuradora de la localidad de Huesca en el Río Flumen aguas debajo de dicha localidad.
Fuente. www.saihebro.com Con el Shape file: Río_Flumen.mxd, se construyó el mapa que indica con precisión la zona de estudio, en la figura 5, se muestran el segmento del río seleccionado, la estación de afora 191 y la localización de la depuradora.
La Depuradora entró en funcionamiento en el 2008, en la figura 4, se muestran los datos que constan en el Shape file:, sobre la EDAR de Grañén
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Figura 4. Mapa de la sección de río Flumen en Estudio Fuente. Los autores En el término municipal de Grañén ubicado en el sector central de la Cuenca, se desarrolla una importante actividad agroalimentaria relacionada con los regadíos, ha sufrido un incremento importante de su población, entre los años 1950 -2005, lo que impulsó la construcción de una Depuradora. Cabe destacar que dentro del segmento de río seleccionado para esta práctica se encuentra un lavadero de áridos en la localidad de Ballestar. En Quicena se encuentran una planta de hormigón, una granja avícola y una fábrica de forrajes para la alimentación de animales, y en Tierz se localiza un pequeño polígono industrial. La Ficha Técnica de la Depuradora se describe en la tabla 2.
Tabla 2. Ficha técnica de la EDAR de Grañén.
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EDAR GRAÑÉN OBRA: CLIENTE: AÑOS DE EXPLOTACIÓN:
Estación depuradora de aguas residuales de Grañén, Aragón Diputación General de Aragón. 8 Años de gestión, explotación y mantenimiento
En la explotación ASTEISA asume los siguientes objetivos: - Optimización de los distintos procesos. - Reducción de los consumos energéticos - Aseguramiento de los rendimientos de depuración - Gestión medioambiental de lodos residuos y subproductos generados en los procesos de tratamiento
Datos de diseño - Población equivalente: 4000 hab. equiv.
Datos Hidráulicos - Caudal medio diario: - Caudal medio horario: - Caudal máximo: - Caudal punta:
Datos contaminación: DBO5: mg/l (Influente); < mg/l (Efluente) SS: mg/l (Influente); < mg/l (Efluente) N-NKT: (Influente);
Fuente. www.asteisa.es
De acuerdo a la estación de aforo N° 191 El Río Flumen, se resumen los siguientes datos técnicos:
Tabla 2. Datos foronómicos.
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Fuente: www.saihebro.com En tanto que las aportaciones en régimen natural en la EA 190 se muestran en la tabla 3.
Tabla 3. Aportaciones anuales y mensuales del régimen natural en varios puntos significativos de la cuenca de Río Alcanadre
Fuente: Plan hidrológico del Río Alcanadre. CHE, 2007 3. DESARROLLO DEL MODELO Se modeló la calidad del agua del río Flumen, desde el emisor central hasta su confluencia con el río Alcanadre. Se evaluó la serie hidrológica de 10 años (2003-2013), considerando una longitud total de 40 km aproximadamente con un sitio de muestreo a la altura de la estación de aforo N° 191 en Barbués. La mayor cantidad de materia orgánica la aporta el emisor central, agua depurada de la población de Grañén. Se modeló teniendo en cuenta que la Depuradora entró en funcionamiento en el 2008, por lo que se distinguen 2 períodos: Período I: 2003-2008, Vertido al Río sin Depuración Período II: 2008-2013, Vertido al Río De Agua Residual Depuradas.
3.1.
CONDICIONES ACTUALES
Por sus condiciones el Río Flumen se caracteriza como un río lento. Martín, 2002. Pese a que sus aguas son de buena calidad, se evidencia presencia de nitratos devenidos por la explotación de la actividad agrícola, en la zona de i nfluencia. En este escenario llamado “Condiciones Actuales” la depuradora cumple con los límites de vertidos marcados por la legislación española vigente. 8
En la siguiente tabla se resume las concentraciones y constantes con las que se construyó el modelo.
Tabla 4. Concentraciones medias de los contaminantes en el vertido sin depurar
Contaminante
Concentración media mensual
Unidades
DBO5 Nitrógeno Orgánico Amonio Nitratos Oxígeno Disuelto
390.17 10 20 0.1 0
mg DQO/l mg N/l mg N/l mg N/l mg/l
Tabla 5. Concentraciones medias de los contaminantes en el vertido depurado
Contaminante
Concentración media mensual
Unidades
DBO5 Nitrógeno Orgánico Amonio Nitratos Oxígeno Disuelto
20 1.5 6.0 7.0 0
mg DQO/l mg N/l mg N/l mg N/l mg/l
Tabla 6. Concentraciones medias de los contaminantes en el río.
Contaminante
Concentración media mensual
DBO5 2* Nitrógeno Orgánico 10 * Amonio 20 * Nitratos 0.1 * Oxígeno Disuelto 8* * Valores típicos para un río limpio
Unidades mg DQO/l mg N/l mg N/l mg N/l mg DQO/l
Tabla 7. Constantes de la modelación
Parámetro
Valor
Unidades
Constante de Reaireación Constante de degradación de materia orgánica Constante de sedimentación de materia orgánica Constante degradación de nitrógeno orgánico Velocidad de sedimentación nitrógeno orgánico Constante nitrificación del amonio Constante de desnitrificación de los nitratos
0.41 0.43 0.16 0.05 0.08 0.24 0.1
d-1 d-1 m/d d-1 m/d d-1 d-1
El análisis inicia comparando la aportación del vertido frente al caudal circulante por el río Flumen modelado con la herramienta SIMGES de AQUATOOL.
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Chart Title 25
20
15
l / g m
10
5
0 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 9 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 0 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 1 4 7 0 1 4 7 0 1 4 7 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 / / / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 / 1 1 1 1 1 1 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 / 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Simulado - Aguas abajo vertido
Simulado - Aguas arriba vertido
El caudal del vertido en comparación con el caudal del río corresponde a una aportación del 3 %, esto permite por un lado la dilución de los contaminantes que lleva consigo el vertido
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Comparación de carga orgánica DBO5 - Aguas arriba/abajo 25
20
l / 15 2 O g m
10
5 1.94
0.36
0 3 0 0 2 / 0 1 / 1
4 0 0 2 / 0 1 / 1
5 0 0 2 / 0 1 / 1
6 0 0 2 / 0 1 / 1
7 0 0 2 / 0 1 / 1
8 0 0 2 / 0 1 / 1
9 0 0 2 / 0 1 / 1
0 1 0 2 / 0 1 / 1
1 1 0 2 / 0 1 / 1
2 1 0 2 / 0 1 / 1
Fecha Simulado - Aguas abajo vertido
Simulado - Aguas arriba vertido
Figura 5. Comparación de la carga orgánica aguas arriba y abajo del vertido Hasta el 2007 se vertían aguas residuales urbanas directamente al río sin depurar, como se observa en la gráfica el ingreso de materia orgánica al río (medida como mg O2/l), varía desde 1.06 hasta 21.28 mgO2/l, es decir, este parámetro multiplicó por 10 al contenido de Materia orgánica (DBO5) con el que originalmente contaba el río, esto conlleva implicaciones y afecciones al desarrollo de la vida acuática autóctona del río Flumen. A finales de 2007, entra en funcionamiento la EDAR de Grañén con la finalidad de restablecer el balance natural del río; y, como se observa en el gráfico , el resultado final es que gracias al cumplimiento de la normativa “ poner normativa”, se obtiene una curva de concentraciones de materia orgánica muy similar a la de aguas arriba del vertido, donde no afecta la contaminación. En los siguientes escenarios, se plantea y se analiza el escenario en el que la depuradora no cumple con la normativa legal vigente.
Los valores de DBO variaron desde 1.16 hasta 486.81 mg O2/L; el oxígeno disuelto entre 1.52 y 5.82 mg/L, esto implica afectación para el desarrollo de la vida acuática y el nitrógeno amoniacal fuera de los límites establecidos para protección de la vida acuática con valores desde 0.09 a 64 mg/L; los nitratos (6.24 mg/L) y nitritos (0.5-1.304 mg/L) rebasan el criterio ecológico. Solamente tres estaciones de monitoreo (19 %) con excelente calidad, DBO5 menores o iguales a 3 mg/L, lo que se considera como agua no contaminada por materia orgánica biodegradable.
Calibración del Modelo. Tabla 4. Parámetros calibrados y valores recomendados por la bibliografía 11
Parámetros
4.
CONCLUSIONES
5.
BIBLIOGRAFÍA
Molnar, P. (2011). “Calibration of Hydrological Models”. Hydrological Processes and Modelling, SS 2011. Swiss Federal Research Institute WSL, Switzerland. Sánchez, M.I. (1992).- Métodos para el estudio de la evaporación y evapotranspiración. Cuadernos Técnicos Sociedad Española de Geomorfología.
6.
ANEXOS 5.1 Ficha del Embalse Irabia
Ficha del Embalse Irabia
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13
