Tesis doctoral de María Luisa Sámano Celorio
En la presente tesis se aborda el desarrollo de un modelo de calidad del agua orientado al estudio de sustancias prioritarias y peligrosas teniendo en cuenta los efectos de la dinámica sedimentaria a fin de facilitar la gestión de zonas estuarinas. Además, con el objeto de poder llevar a cabo la integración del modelo desarrollado dentro de un sistema de información geográfica (en adelante sig), se establecen los procedimientos metodológicos necesarios. La conjugación de estas tareas permitirá fusionar los beneficios de ambos instrumentos bajo un único entorno a fin de obtener una herramienta de gestión de vertidos que aporte respuestas técnicas tomando en consideración las exigencias legislativas de la normativa vigente. para ello, se ha llevado a cabo una exhaustiva revisión bibliográfica con respecto a la información existente sobre el modelado numérico de sistemas estuarinos y sobre las potencialidades y funcionalidades propias de un sig así como las posibilidades de integración de ambas herramientas. Como fruto de esta recopilación ha sido posible el planteamiento de objetivos específicos centrados, principalmente, en el desarrollo, calibración y validación de un modelo de calidad del agua euleriano bidimensional cuya integración en un entorno sig permita, además del análisis de las 33 sustancias prioritarias y algunas sustancias peligrosas considerando su interacción con la materia en suspensión y con el lecho bentónico, el establecimiento de estrategias de gestión que puedan ser complementadas con la información espacial que proporcionan estos sistemas. De este modo, el modelo desarrollado considera aspectos que, en términos generales, se ven simplificados u omitidos en los modelos numéricos actualmente utilizados para el análisis de la evolución y transporte de sustancias contaminantes, constituyéndose así, como una herramienta de gestión sencilla en su manejo y de gran valor en términos de la toma de decisiones sobre las medidas a aplicar en las zonas estuarinas. estas zonas soportan una fuerte presión antrópica debida, principalmente, a la rápida industrialización y el aumento poblacional, lo cual, se traduce en fuentes de contaminación representadas por descargas de efluentes domésticos e industriales. Tal es el caso, por ejemplo, de la ría de san martín en la que la extracción mineral y la actividad industrial han ido dejando huella tanto en los sedimentos como en la propia columna de agua. Otro ejemplo de ello se pone de manifiesto en la ría de huelva en la que, además de la presión que representa la propia actividad industrial y portuaria, los vertidos mineros y la erosión de terrenos piríticos acidifican las aguas más lejanas al mar permitiendo que los metales se mantengan en forma disuelta. Debido a la problemática que presentan, estos estuarios han sido seleccionados como zonas de estudio. en este contexto, se ha desarrollado un modelo fundamentado en un modelo general de transporte que resuelve los términos advectivo, dispersivo y de reacción a través de la técnica de splitting mediante esquemas numéricos explícitos upwind y centrado y el método de runge-kutta de orden 4º, respectivamente. En su esquema general, gestiona información relativa a vertidos de sustancias prioritarias y peligrosas tomando en consideración el tiempo, caudal y concentración de vertido. Por su parte, a través de subrutinas específicas profundiza en el estudio de los sólidos en suspensión y de la dinámica sedimentaria a fin de determinar con un mayor nivel de detalle el transporte y evolución de sustancias contaminantes en el medio estuarino tomando en consideración las interacciones entre dichas variables. de este modo, se ha implementado un módulo capaz de analizar el comportamiento de los sólidos en suspensión así como las interacciones que presentan con las sustancias prioritarias y peligrosas presentes en el medio, tanto en agua, como en sedimentos. Ello ha implicado la modelización de algunos procesos tales como: sedimentación y resuspensión, difusión entre la columna de agua y el lecho bentónico, degradación (hidrólisis, fotólisis y biodegradación), volatilización y pérdida definitiva en capas más profundas del sedimento. a pesar de que, en términos generales, la forma disuelta de los contaminantes suele ser más tóxica y más reactiva química y biológicamente, el impacto de la forma particulada resulta más significativo a largo plazo debido a su capacidad de acumulación y a su habilidad de actuar como una fuente secundaria de contaminantes disueltos. Por tal motivo, se ha considerado fundamental incluir la dinámica de los sólidos en suspensión puesto que la contaminación de sedimentos es considerada por varios organismos ambientales internacionales como el mayor riesgo en los ambientes acuáticos. En consecuencia, la predicción del transporte, erosión y deposición de los sedimentos es una labor de suma importancia para el entendimiento de las características de la calidad de las aguas. No obstante, debe tenerse presente que aunque la introducción de un mayor número de variables en el modelo permite realizar un análisis más preciso, requiere también de una mayor cantidad de información para alimentarlo. en este sentido, con el objeto de llevar a cabo la calibración del modelo desarrollado, durante la elaboración de esta tesis se determinaron experimentalmente algunas propiedades físicas de los sedimentos de la ría de san martín. Asimismo, se llevó a cabo una campaña de campo específica que permitió conocer la variabilidad temporal de los sólidos en suspensión durante un período completo de marea en esta zona. Esto, a su vez, hizo posible la calibración y validación de los parámetros sedimentarios propios de esta ría. El conocimiento de dichos parámetros permitió la calibración y validación del modelo desarrollado logrando ajustes satisfactorios en la predicción de sólidos en suspensión y de sustancias contaminantes tales como el zinc o el cloroformo cuyas cinéticas de degradación son totalmente distintas. adicionalmente, la validación teórica del modelo desarrollado demostró, a través de la aplicación a casos con solución analítica, que el transporte de sólidos en suspensión y de sustancias contaminantes, dentro de su dominio de aplicación, posee un rango de precisión satisfactorio. con base en ello, a pesar de que no fue posible la obtención de todos los parámetros necesarios para aplicar el modelo desarrollado con la misma precisión en otra zona de estudio, la utilización de parámetros genéricos permitió llevar a cabo el análisis de la evolución del zinc en otro caso real enclavado en la ría de huelva (concretamente en la zona portuaria). Este análisis genérico se abordó desde tres aproximaciones distintas: i) considerando al zinc como una sustancia conservativa, ii) como una sustancia no conservativa y, iii) como una sustancia no conservativa que interactúa con los sedimentos y el material en suspensión. Aún a pesar del uso de parámetros genéricos, esta última aproximación permitió observar diferencias significativas con respecto a los resultados obtenidos a través de las dos primeras en cuanto a una mejor representación de la realidad de se refiere. por otro lado, la propuesta de metodologías para la adecuada integración del modelo numérico desarrollado dentro de un entorno sig representa una aportación sustancial puesto que permite establecer un referente en términos de la utilización de los resultados obtenidos de los modelos numéricos desde una perspectiva de gestión puesto que proporcionan, además de una interfaz amigable para su uso, extraordinarias capacidades de visualización y una mayor precisión espacial. dicha integración permitiría la generación de una herramienta de uso general que facilitaría la toma de decisiones con respecto a las medidas que habrán de aplicarse para prevenir o, cuando menos, controlar la contaminación que experimentan los estuarios en función de los vertidos que soportan. Tal es el caso, por ejemplo, del establecimiento de las zonas de mezcla en las inmediaciones de vertidos de fuentes puntuales, la gestión de hidrogramas y polutogramas de vertido, el análisis estadístico de los resultados por celda o por zona y la superposición de información de distinto tipo, ente otros. todo ello posibilitaría un adecuado establecimiento de puntos de control y muestreo así como la implantación de distintas estrategias de gestión de acuerdo con las condiciones particulares del entorno cercano a la zona afectada. en consecuencia, una herramienta como esta brindaría al gestor, además del apoyo técnico previamente mencionado, la posibilidad de reducir costes de forma significativa indicando, por ejemplo, las zonas en las que puede ser prescindible llevar a cabo campañas de campo y resaltando aquellas que, por el contrario, requieren de un control más estricto con respecto a determinados parámetros, época del año, etc. De tal forma que los recursos necesarios para ello podrían ser optimizados.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desarrollo e integración de modelos numéricos de calidad del agua en un sistema de información geográfica«
- Título de la tesis: Desarrollo e integración de modelos numéricos de calidad del agua en un sistema de información geográfica
- Autor: María Luisa Sámano Celorio
- Universidad: Cantabria
- Fecha de lectura de la tesis: 14/07/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Antonio Revilla Cortezon
- Tribunal
- Presidente del tribunal: raúl Medina santamaría
- ignacio Rodriguez sanchez-arevalo (vocal)
- kalin Nikolov koev (vocal)
- María carmen Castillo sanchez (vocal)