Proyecciones
Las proyecciones son herramientas que nos permiten calcular resultados futuros, en el caso de la contaminación del agua existen estudios que nos ayudan a visualizar lo que nos espera en los siguientes años. En la presente actividad buscarás una proyección sobre la contaminación del agua en !xico, además de que te apoyarás del tema que revisaste en la "nidad #, $%ptimización de recursos naturales&, para realizarla. ¿Qué producto entregarás?
"n documento en procesador de textos en el que presentes y expliques una proyección para los siguientes años sobre la contaminación del agua en nuestro pa's, en espec'(co para el problema que traba)aste en la actividad integradora uno. ¿Qué hacer?
#. Retoma el problema de contaminación del agua . *e la actividad integradora #. +ontaminación qu'mica de un cuerpo de agua&, retoma el proble problema ma plante planteado ado y prepá prepárat rate e para para reali realizar zar una invest investiga igació ción n más amplia. . Investiga sobr sobre e el uso uso de mode modelo los s matem atemát átic icos os para para resol esolve verr prob proble lema mas s de cont contam amin inac ació ión n del del agua agua.. -u -u'a 'ate te respo espond ndie iend ndo o las las siguientes preguntas a. /0u /0u! son son y para para qu! qu! sirv sirve en los los mode odelos matem atemát átic icos os en los los problemas relacionados con la contaminación del agua1 2Los modelos matemáticos tratan de representar la realidad f'sica de un sistem sistema a que promue promueve ve el progr progreso eso y la compr comprensi ensión ón concep conceptua tuall del mismo, facilitando la aplicación de diferentes herramientas y esquemas matemáticos, permitiendo entender el comportamiento de dicho sistema en estudio. "n mode modelo lo mate matemá máti tico co,, en este este caso caso.. se util utiliz iza a para para simu simula larr las las condic condicion iones es ambien ambiental tales es y su respu respuest esta a ante ante est'mu est'mulos los o impac impactos tos determinados. 3e componen de ecuaciones y proposiciones que intentan representar as relaciones entre variables y parámetros de un cuerpo de agua, con el ob)e ob)eti tivo vo de estu estudi diar ar el comp comport ortam amie ient nto o de sist sistem emas as comp comple le)o )os s en
situaciones dif'ciles de observar en la realidad. b. /0u! factores son los que hay que tomar en cuenta para elegir un modelo mate atemáti ático que te ayude a resol solver el problema de contaminación del agua1 +alidad del agua que se desea me)orar. me)orar. +aracter'sticas del cuerpo del agua. *isponibilidad de datos observados, históricos y actuales sobre la calidad del agua y sobre las descargas de aguas residuales. 4iesgos para la salud p5blica y el ambiente. -ama disponible de opciones y estrategias. 6iempo 6iempo y recursos (nancieros disponibles. disponibles.
c. /0u! tipos de modelos hay que se apliquen al estudio de la calidad del agua1 3eñala sus s us diferencias y su uso espec'(co. +on +on el (n de eval valuar uar el mane ane)o de la cali calida dad d del del agua agua,, pued pueden en emplearse modelos matemáticos que relacionen las entradas de aguas residuales con la calidad del agua del cuerpo receptor. Los diversos grados de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas aguas resi residu dual ales es,, el aume aument nto o de los los 7u)o 7u)os s m'ni m'nimo mos, s, los los punt puntos os de descarga de aguas residuales, el aumento de los 7u)os m'nimos, los sistemas de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los 7u)os m'nimos, los sistemas de tratamiento regional vs. 8lantas m5ltiples, constituyen algunas de las alte altern rnat ativ ivas as espe espec' c'(c (cas as cuya cuya in7u in7uen enci cia a sobr sobre e la cali calida dad d del del agua agua receptora pueden evaluarse mediante la aplicación de los modelos de calida calidad d del agua. Los Los modelo modelos s pueden pueden ayudar tambi!n tambi!n a evalu evaluar ar el bene(cio relativo que se obtiene para la calidad del agua mediante la eliminación de diferentes competentes de los contaminantes. Los modelos matemáticos de calidad de agua se pueden clasi(car de acuerdo con sus niveles de comple)idad. 3e presenta a continuación una descripción de los tipos de modelos espec'(cos disponibles 1) nálisis simpli!cado En alguna algunas s situac situacion iones es es )usti( )usti(cab cable le reali realizar zar una aprox aproxima imació ción n de 9pri 9prime mera ra prue prueba ba99 de las las resp respue uest stas as del del sist sistem ema, a, ya sea sea porq porque ue el cont contex exto to del del prob proble lema ma es tal, tal, que que llev lleva a a desc descart artar ar un mode modelo lo que que requiere un gasto excesivo excesivo de tiempo y costo, o porque se desea llevar a cabo análisis preliminares o de sondeo que indicar'an las áreas en donde se requi requier ere e un traba) traba)o o más detall detallado ado.. :recue recuente nteme mente nte,, median mediante te un
análisis simpli(cado se satisfacen los requerimientos de la plani(cación interina. Las hipótesis que dan lugar a este enfoque simpli(cado de modelo de r'os y estuarios son las siguientes a. ;n ;náli álisis sis unidi unidime mensi nsiona onal. l. b. +ondicione +ondiciones s de estado permanen permanente< te< v. v. g., se considera considera que todos los parámetros del sistema y fuentes, son constantes en el tiempo. c. 8arámetros arámetros del sistema sistema espacial espacial constante constantes< s< v.g., v.g., se considera considera que el 7u)o neto, los coe(cientes de reacción, la geometr'a del sistema, y los coe(cientes de dispersión, son constantes con la distancia a lo largo del cuerpo de agua. d. 3ólo 3ólo se incl incluy uyen en desc descar arga gas s de aguas aguas resi residu dual ales es punt puntua uale les. s. El prin princi cipi pio o de la supe superp rpos osic ició ión n per permite mite el anál anális isis is de fuen fuente tes s m5ltiples de aguas residuales. e. Las incertidum incertidumbre bres s obtenidas obtenidas en el análisis de varios varios componentes componentes son incorporadas hasta cierto punto como una calidad natural, o condición de base< v. g., escorrent'a natural, tasas de consumo b!ntico, respiración y fotos'ntesis de las algas, etc. Los parámetros de calidad del agua que pueden evaluarse mediante este tipo de análisis comprenden algunos sólidos disueltos, organismos coli colifo forrmes, mes, nutr nutrie ient ntes es,, oxida xidaci ción ón de comp compue uest stos os carb carbon onác áceo eos s y nitrogenados, y ox'geno disuelto. El análisis está estructurado de tal manera que es factible realizar cálculos sobre la calidad del agua con sólo tener conocimiento de las poblaciones actuales y futuras, del área de drena)e y de la profundidad del agua =para los estuarios tambi!n se requieren datos del área de la sección transversal>. 3in embargo, el grado de validez de los cálculos es proporcional a la extensión de los datos de entrada. ") nálisis de cinética lineal y estado permanente Es posible analizar una gran variedad de problemas de plani(cación mediante la aplicación de modelos matemáticos de estado permanente, capace capaces s de propo proporci rciona onarr el detall detalle e espaci espacial al necesa necesario rio para para variab variable les s importantes de la calidad del agua ba)o condiciones cr'ticas. El intervalo de tiempo necesario para establecer condiciones de estado permanente var' var'a a de acue acuerrdo con con la natu natura rale leza za del del sist sistem ema, a, lo cual cual incl incluy uye e parámetros de reacción, dispersión y advección. *esde el punto de vista hidro hidrológ lógico ico,, un arro arroyo yo de agua agua dulce, dulce, la condic condición ión constan constante te puede puede establecerse rápidamente y de igual forma desbaratarse con facilidad,
mien mientr tras as que que en un estu estuari ario o es nece necesar sario io un per' per'od odo o más más largo largo de tiempo debido a la presencia de la dispersión. En el primer caso, el intervalo puede ser de horas o d'as, mientras que en el segundo de semanas o meses. uchas reacciones de naturaleza f'sica, qu'mica o biológica que ocurren en aguas naturales pueden ser representadas por cin!ticas de primer orden< v. g., la tasa de reacción es proporcional a la concentración de la sustancia. Este orden cin!tico constituye una aproximación práctica a muchas reacciones, que ha demostrando ser adecuada para el análisis de un gran n5mero de componentes existentes existentes en aguas naturales. #) nálisis de sustancias conservativas variables en el tiempo Existen dos marcos básicos de tiempo en los cuales se puede aplicar un análisis de sustancias conservativas variables en el tiempo. El primero se ocupa de las tendencias a largo plazo, de las sustancias que son conservativas, como los sólidos disueltos totales =3*6>, o de aquellas sustancias que cambian a tasas tan lentas que pueden ser consideradas como conservativas. Este análisis emplea una gran escala geom!trica )unto con un balance h'drico anual. a nual. Los insumos necesarios incluyen las cargas regionales geometr'a del área de inter!s.
El segundo marco en el cual puede aplicarse este tipo de análisis es en la eval evaluac uació ión n de las las desc descar arga gas s inst instan antá táne neas as de tint tinte e con con el (n de deter determin minar ar las caract caracter' er'sti sticas cas hidráu hidráulic licas as de un cuerpo cuerpo de agua. agua. El marc marco o de tiem tiempo po pued puede e vari variar ar de hora horas s a sema semana nas. s. 3e encu encuen entr tran an disponibles tanto los modelos de diferencias (nitas como anal'ticas de una, dos o tres dimensiones para el análisis de descargas instantáneas de tinte. 3e requiere conocimiento de la geometr'a del área. El tamaño y comple)idad del cuerpo de agua dicta la extensión del programa de muestreo de campo. Este análisis resulta en estimados del tiempo de retención y coe(cientes de dispersión del cuerpo de agua, los cuales se pueden utilizar en los modelos matemáticos de calidad de agua para los parámetros de inter!s. $) nálisis cinético lineal variable en el tiempo En algunos contextos de plani(cación es necesario realizar la evaluación de las variaciones en la calidad del agua variables en el tiempo. La escala de tiempo en la que estas variaciones se consideran importantes, var'a var'a consid considerab erablem lement ente e y depend depende e del propós propósito ito del anális análisis, is, de la naturaleza de los fenómenos y del orden de las variaciones temporales.
Los parámetros de calidad del agua que pueden evaluarse con este m!todo incluyen los organismos coliformes, los nutrientes, la oxidación de comp compue uest stos os carb carbon onác ácer eros os y nitr nitrog ogen enado ados, s, el ox'ge x'geno no disu disuel elto to esta estaci cion onal al y de las las fuen fuente tes s disp disper ersa sas s de dese desech chos os esta estaci cion onal ales es
consti constituy tuyen en e)empl e)emplos os de los tipos tipos de probl problem emas as a los cuale cuales s puede puede apli aplica cars rse e este este tipo tipo de anál anális isis is.. Es posi posibl ble e llev llevar ar a cabo cabo tambi tambi!n !n un análisis simple de eutro(cación. El modelo matemático a aplicarse normalmente utiliza el enfoque de diferencias (nitas. Las ecuaciones diferenciales resultantes en el tiempo se resuelven num!ricamente aplicando el esquema de integración. El modelo modelo es multid multidim imens ension ional al y como como tal puede puede aplica aplicarse rse a cualqu cualquier ier cuerpo de agua. La veri(cación se lleva a cabo mediante comparaciones espaciales de datos observados y calculados obtenidos secuencialmente como t ? @, t ? , A t ? n. Es imprescindible que se utilicen los datos tomados durante una condición no constante. %) nálisis cinético no lineal variable en el tiempo -eneralmente es necesario aplicar un análisis cin!tico no lineal variable en el tiempo para realizar una evaluación detallada de los problemas de eutr eutro( o(ca caci ción ón.. Este Este tipo tipo de anál anális isis is repr epresen esenta ta la tecn tecnol olog og'a 'a más más avanzada que se encuentra disponible en el modela)e de calidad del agua. 3e precisa de las relaciones cin!ticas no lineales debido a las comple)as relaciones mutuas existentes entre las algas, los nutrientes, el zooplancton y los fenómenos f'sicos como la luz solar, etc.
En vista de las muchas incertidumbres relacionadas con el fenómeno de la eutro(cac eutro(cación, ión, es preciso preciso realizar realizar un análisis análisis de veri(caci veri(cación ón detallada detallada ante antes s de uti utiliza lizarr con con prop propiiedad dad este ste tipo ipo de anál análiisis sis com como una una herramienta de plani(cación. 3erá necesario disponer entonces de una gran cantidad de datos que cubran una amplia amplia gama de parámetros parámetros en la calidad del agua, as' como de datos f'sicos tales como la luz solar, la turbiedad, entre otros, que podr'an afectar el crecimiento de las algas y que ser'an utilizados como entradas al modelo. 3er'a necesario realizar tambi!n una evaluación rigurosa de la variación de las descargas de dese desech chos os l'qu l'quid idos os tant tanto o para para las las fuen fuente tes s punt puntual uales es como como para para las las dispersas. Este tipo de análisis requiere de un compromiso sustancial de recursos tanto en tiempo como en costo. Los modelos matemáticos de calidad de agua sirven como herramientas imprescindibles en el planeamiento del uso de recursos h'dricos para prever el impacto de planes de ingenier'a para el control y mane)o del medio ambiente. La selección del tipo de modelo matemático a aplicarse depe depend nde e del del pro problem blema a de cali alidad dad de agu agua y de las inver nversi sion ones es propuestas.
3e destaca la importancia de establecer una base con(able de datos tanto de la calidad de agua del cuerpo de agua receptor como de las fuen fuenttes conta ontam minant nante es para para el pro procedi cedim mient iento o de calib alibra rac ción y veri veri(c (cac ació ión n de mode modelo los s más comp comple le)o )os. s. ;u ;unq nque ue las las inve invers rsio ione nes s asocia asociadas das con tales tales campañ campañas as de muestr muestreo eo pueden pueden ser sustan sustancia ciale les s resul resultan tan ser m'nim m'nimas as en compara comparació ción n con los riesgo riesgos s ambien ambiental tales es y costos de la construcción de las instalaciones f'sicas de tratamiento.
&odelos unidimensionales' 3e utilizan para representar 7u)os de aguas en r'os, siendo la dirección considerada el sentido del escurrimiento. &odelos bidimensionales' 3e utilizan para r'os de gran ancho, en los cuales las concentraciones de contaminantes var'an de un lado de la ribera al otro. &odelos tridimensionales' Encuentran Encuentran aplicación aplicación en estudios estudios de aguas subterráneas y en sistemas más comple)os de aguas super(ciales.
B pueden ser C C
*inámicos *e est estad ado o est estac acio ion nario ario
#( e los di*ere *erent nte es tipos de investigaste escoge dos e,emplos(
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El estudio del análisis simpli(cado es importante, ya que ser'a un primer acercamiento para saber la calidad de agua, cómo ha ido variando y cuáles son las posibles soluciones a darle al problema en cuestión, este estudio incluye un modelo unidimensional. Este estudio fue utilizado seg5 seg5n n la publicación, "Modelación matemática simplificada de la calidad del agua", elaborada por la firma Hydroscience para la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos emplea este enfoque del análisis simplificado y fue utilizado por la EPA con el fin de asesorar y facilitar la planificaci ón interna en ese paí s USA. Otro ejemplo es: MULTI-SMP. Modelo matemático de calidad de agua estado permanente unidimensional para oxí geno geno disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada y toxicidad amoniacal en rí os. os. Este modelo es f ácil de usar. permite interacción con el usuario y tiene capacidad gráfica.
El análisis cin!tico cin!tico lineal variable en el tiempo, este segundo ya que se puede aplicar en cualquier tipo de agua, es un modelo multidimensional y no requiere de una inversión considerable como en otros estudios, pero es mucho más riguroso que un análisis simpli(cado. +omo e)emplo tenemo tenemos s 38 38;. ;. odel odelo o matem matemáti ático co de calida calidad d de agua de estado estado perm perman anen ente te,, segm segmen ento tos s (nit (nitos os y mult multid idim imen ensi sion onal al para para ox'ge x'geno no
disu disue elto, lto, *D% carb carbon onác áce ea y nitr nitro ogena genada da,, col colifor iform mes y anál anális isiis simpli(cados de sustancias tóxicas conservativas y no conservativas en aguas super(ciales. . ;poyándote de los temas revisados en la "nidad # y de la información que haz recopilado anali-a y e.plica cuál de los modelos matemáticos que investigaste sirve para tu tema en espec'(co. Fncluye un argumento central y dos secundarios. El mode modelo lo mult multid idim imen ensi sion onal al es much mucho o más comp comple leto to,, se obti obtien ene e resultados mucho más precisos aunque requiere de mayor información y diversos periodos de tiempo de recopilación de dato, sin embargo, sirve para cualquier tipo de agua, y sobre todo aguas super(ciales como en el caso del agua de los canales de Gochimilco y es utilizado en estudios for formale males s de cali calida dad d del del agua agua.. ;demá demás s este este tipo tipo de estu estudi dios os son son utilizados por la 3ecretar'a de *esarrollo "rbano y Ecolog'a. %( manera de conclusión/ responde a la siguiente pregunta' ¿Qué proyecciones se pueden obtener del modelo +ue escogiste?
La proyección más importante que se puede obtener a partir del modelo multidimensional es la proyección en la toxicidad de la calidad del agua, lo cual es de suma importancia en la prevención de salud en nuestro entorno ecológico.
0ota 4ecuerda incluir en tu explicación cómo los modelos matemáticos in7uyen en el deterioro o me)ora de los recursos naturales, y de qu! dependen, en espec'(co en tu caso.
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