Simulación de inundaciones con ArcScene (ARCGIS) – [Video]

Compartimos con ustedes un nuevo canal de YouTube donde el Dr. ANTONIO CAMPOS CEDENO nos muestra un Procedimiento sencillo para simular inundaciones con ArcScene (ARCGIS). El siguiente demuestra la puesta en funcionamiento de ArcScene. En el mismo se detallan los procedimientos de manera que sea entendible para los que recién empiezan con ARCGIS.

- Primera parte


- Segunda Parte

¿QUÉ SON LAS INUNDACIONES?

Una inundación es la ocupación por parte del agua de zonas o regiones que habitualmente se encuentran secas. Normalmente es consecuencia de la aportación inusual y más o menos repentina de una cantidad de agua superior a la que puede drenar el propio cauce del río, aunque no siempre es este el motivo. Las inundaciones se producen por diversas causas (o la combinación de éstas), pueden ser causas naturales como las lluvias, oleaje o deshielo o no naturales como la rotura de presas, por ejemplo.

Las inundaciones y su entorno:

Para entender por qué se producen las inundaciones y cómo, es necesario entender la dinámica fluvial. De hecho, las inundaciones se desarrollan en terrenos donde este fenómeno es recurrente. A pesar de esto, causan pérdidas que se pueden prevenir con la predicción meteorológica y una buena planificación urbanística.


Pero sobre todo debemos comprender que el agua tiende a pasar por dónde transcurre su camino natural y que por tanto se deben respetar al máximo los cursos de agua y las formas de los mismos, eliminar meandros puede incrementar el riesgo de las crecidas. Además, cuanto más natural se conserva el entorno menos daños causará.


Esto es muy importante también en zonas de cursos de agua temporales, como rieras, dónde una gran parte del año no hay agua. Una lluvia intensa hace que en muy poco tiempo estos cursos se llenen mucho de agua. Esto provoca unas variaciones de caudal muy bruscos.




El peligro principal de esta irregularidad es olvidar que los cauces de estos ríos, torrentes y rieras temporales tarde o temprano se volverán a llenar de aguas impetuosas que pueden llevarse por delante todo lo que se encuentren.
Es por ello que en hidrología es también importante conocer cómo es el entorno del río, si hay árboles de ribera, etc.

Sección transversal de un río 

Algunos conceptos que pueden ser útiles:

Riera o rambla: Lecho natural de las aguas pluviales, habitualmente seco, que se llena con lluvias copiosas.

Riada: Avenida, inundación, crecida de los ríos. 

Cauce: Terreno cubierto por las aguas en la máxima crecida ordinaria, definida esta según la Ley de Aguas.

 
Orilla o margen: Zona de tierra que está más inmediata al agua. 

Riberas: Tierra cercana a los ríos aunque no esté a su margen. 

Zona inundable: Extensión de tierra a ambos lados del río que puede inundarse en grandes riadas.

SISTEMA URBANO DE DRENAJE SOSTENIBLE

Mediante la implantación de Sistemas Urbanos de Drenaje Sostenible (SUDS) se pretende que la respuesta hidrológica de un zona urbanizada sea lo más parecida posible a la que tenía en su estado original.

El sistema AquaCell es una técnica modular para la gestión de agua de lluvia que reduce el riesgo de inundaciones y de daños al medio ambiente. Se compone por una serie de cajones azulesfabricados en polipropileno que son ligeros, resistentes, versátiles y proporcionan un volumen hueco del 95%, cada unidad acumula 185 litros netos. Estas unidades están firmemente unidas entre sí mediante unas grapas especiales y conectores verticales. Pueden ser montados rápidamente en la obra con una configuración variable dependiendo de las necesidades de cada lugar. Este sistema de cajones forma una estructura subterránea (depósito) que permiten almacenar de forma correcta el exceso de agua provocado por la lluvia, ya sea como un tanque de almacenamiento temporal o un tanque de infiltración.  

Aplicaciones

• Control del exceso de lluvia a través de tanques tormenta
• Almacenar, infiltrar o reutilizar el escurrimiento pluvial
• Gestión de la descarga de agua de lluvia proveniente de otros sistemas: drenajes en techos domésticos o industriales, tuberías de plástico, zanjas, separadores y canales de drenaje en estacionamientos

Ventajas

• Infiltración de agua de lluvia y recarga de acuíferos
• Control y tratamiento del escurrimiento urbano en origen
• Resistente, permite que los depósitos se sitúen debajo de zonas por la que hay tráfico, brindando disposición adicional de área libre
• Almacenamiento y suministro de agua potable de forma segura
• Inversión efectiva ya que el costo total de la instalación es similar al de los tanques de cemento colado en sitio
• Rapidez, 1/10 del tiempo requerido en obras convencionales y facilidad de instalación: Los módulos de Aquacell son ligeros, cómodos de transportar y sencillos de unir entre sí.
• Reducción del volumen de sobrecargas y descargas a los sistemas de saneamiento

Vídeos.

https://www.youtube.com/watch?v=iVfAyg0VlIk&feature=youtu.be

                        https://www.youtube.com/watch?v=T5USCo9JFtY

NANOTECNOLOGÍA UNA ALTERNATIVA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: AVANCES, VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Introducción

Las propiedades de los nanomateriales pueden ser consistentemente diferentes, comparados a las que exhiben en escala macroscópica, debido a la mayor área de superficie, a la proporción de volumen y a los efectos cuánticos. Estos factores pueden cambiar la reactividad, las propiedades catalíticas, la fuerza mecánica y las características eléctricas (Chaturvedi et al. 2012). Por lo tanto, sustancias opacas se convierten en transparentes (cobre); materiales estables se convierten en combustibles (aluminio), sólidos se convierten en líquido a temperatura ambiente, y aumentan su actividad catalítica (oro) y aislantes se convierten en conductores (silicona). Las nuevas propiedades de los nanomateriales prometen proveer nueva tecnología y la nanotecnología, ya está siendo usada en cientos de productos en varias industrias, con un crecimiento bastante rápido expandiendo el mercado (Morose 2010).

Materiales para filtración por membrana. 

La nanotecnología podría tener avances revolucionarios en la industria de la desalinación de agua, aunque el desarrollo de dichas membranas está aún en un proceso inicial y existen varios problemas por resolver (Lee et al. 2011). Los desafíos principales son: el alto costo de los materiales nanoestructurados y la dificultad en escalar los procesos de manufactura de membrana para uso comercial. De acuerdo a Lange (2010), existen tres tecnologías que prometen reducir los requerimientos para desalinación hasta un 30%: Osmosis (directa y reversa), compositos de membrana hechos con nanotubos de carbono, membranas biomiméticas. Actualmente existen varias membranas desarrolladas con nanotecnología (Tabla 1) (Zhu et al. 2012). La nanotecnología ofrece un rango de soluciones más amplio para nuevos materiales de membrana (Lee et al. 2011, Ng et al. 2010), que incluyen: membranas de óxido de grafeno (Abraham et al. 2017), membranas de nanofiltración de cerámica, nanopartículas magnéticas (Jung et al. 2004), membranas poliméricas con recubrimiento antiderrame (cubiertas orgánicas tipo cepillo, membranas impregnadas con nanopartículas), compositos de membrana (compositos de membrana de película fina para osmosis, combinaciones: de metal/óxidos metálicos + polímero, nanotubos de carbón + polímero, zeolitas + polímero y aquaporina (AQP)+ polímero). Por otro lado las membranas de grafeno, tienen excelente propiedades de permeabilidad y científicos en Manchester recientemente demostraron que es posible controlar la intercapa para hacerla selectivamente permeable permitiendo así su uso en procesos de desalinación, alcanzando hasta 97% de remoción de NaCl (Abraham et al. 2017). Sin embargo, su costo no es sostenible para tratamientos de aguas residuales a gran escala. Las membranas de cerámica ofrecen muy alta resistencia a condiciones operativas extremas (pH, temperatura, flujo, intensidad de lavado) y a la presencia de agentes oxidantes y luz ultravioleta. Su superficie puede ser modificada con óxidos fotocatalíticos y con agentes orgánicos de recubrimiento (para desinfección y reducción del rebalse). Las nanopartículas de plata y titanio, son ideales para la incorporación en membrana y así reducir el derrame en membranas poliméricas (Ng et al. 2010). Mientras zeolita, nanotubos de carbono y AQP proveen alta permeabilidad.

Nanomateriales para catálisis y fotocatálisis. 

Los nanomateriales son más efectivos que catalizadores convencionales por dos razones: su tamaño extremadamente pequeño (entre 80-100 nm, con la consecuente mayor superficie de proporción áreavolumen) y por la mayor reactividad relacionada a la nano escala en sí (Chaturvedy et al. 2012). El último aspecto (p.ej.: entender como la disminución del tamaño de las partículas catalíticas altera el rendimiento catalítico intrínseco más allá de simplemente tratarse de una expansión del área de superficie), y el diseño/preparación de los catalizadores

con un tamaño y estructura más efectivos son objetivos de la investigación en catálisis. La catálisis heterogénea en particular tienen el potencial de ser uno de los más importantes y áreas productivas de las nanociencias y tecnología en las siguientes décadas (Shannon et al. 2008). En el tratamiento de aguas residuales, el uso de los procesos oxidativos avanzados para la remoción de microcontaminantes orgánicos resistentes ha sido extensamente estudiado, pero la adopción de lámparas UV y ozono hacen que el gasto de energía sea prohibitivo. La aplicación de procesos solares fotocatalíticos basados en nanomateriales desarrollados recientemente puede abrir oportunidades para el desarrollo de procesos integrados de bajo-costo logre alcanzar la alta calidad requerida para re-uso de agua de lluvia y agua de desecho. Un alto número de nanomateriales ha sido propuesto para aplicaciones fotocatalíticas, sin embargo limitaciones comunes han sido encontradas para los materiales o el proceso: i) Recombinación de cargas (con reducción consecuente de eficiencia de luz), ii) Transparencia de luz visible (aunque un fuerte esfuerzo se ha concentrado en doping de catalizadores), iii) Inestabilidad coloidal y derrame (ocurrencia potencial y extensión en matriz real es mayormente desconocida), iv) Recuperación de catalizador (en caso de reactores de lecho), v) Baja actividad, distribución de luz (en caso de catalizadores en soporte).

Entre los catalizadores semiconductores, el dióxido de titanio (TiO2) ha recibido el mayor interés en R&D de tecnología de fotocatálisis (Chong et al. 2010). Aunque la fotocatálisis basada en TiO2 es ampliamente estudiada y la remoción exitosa de un amplio rango de moléculas orgánicas ha sido demostrada, su aplicación aún no ha alcanzado la comercialización mayormente debido a las dificultades en la separación y recuperación de los cataliza- dores y su transparencia a la luz visible.

Nanomateriales para desinfección de agua. De acuerdo a Li et al. (2008), varios nanomateriales (naturales y fabricados) han mostrado tener fuertes propiedades antimicrobianas incluyendo: quitosano, nanopartículas de plata (nAg), TiO2 fotocatalítico, fulerol, nanopartículas de fullerenos acuosos (nC60), nanotubos de carbono (CNT). Ya que, estos nanomateriales antimicrobianos no son fuertes oxidantes y son relativamente inertes en agua, no se espera que produzcan una desinfección dañina por sus co-productos. Por lo tanto, tienen el potencial de

reemplazar o potenciar los métodos de desinfección convencionales, si son incorporados apropiadamente en los procesos de tratamiento convencional, y en tratamientos descentralizados de puntos de uso y reusó de sistemas. Hay varios mecanismos propuestos, aunque en la mayoría de los casos su acción efectiva está aún investigándose. La acción de las nanopartículas fotocatalíticas usualmente incluye la producción de radicales oxidrilo, mientras que otros materiales parecen provocar daños directos a la membrana celular y/o interferencia con los procesos metabólicos. Las principales limitaciones identificadas para la aplicación de estos nanomateriales en agua y desinfección de aguas residuales son: -Los procesos de desinfección que requieren que el catalizador este en contacto con la superficie de la membrana celular para la inactivación microbiana deben ser exitosos. i) La recuperación del catalizador es difícil. ii) No existe remanentes de acción antimicrobiana en el agua. Aplicaciones prometedoras de nanomateriales para la desinfección de agua son desarrolladas para soporte del catalizador en filtros, proveyendo de una filtración que se autolimpia que puede ser usada en aplicaciones de punto de uso.

Ecotoxicidad potencial de nanomateriales y procesos relacionados a aplicaciones de agua. Los nanomateriales en el agua no afectan directamente a los humanos, pero existe la posibilidad de que se puedan ingerir nanomateriales al consumir pescados. Por lo tanto, el impacto de los nanomateriales en organismos acuáticos debe ser tomado en cuenta. Los efectos dañinos de los nanomateriales en organismos acuáticos están relacionados principalmente a nanopartículas.

La emisión de nanopartículas al medio ambiente puede venir de fuentes puntuales, p.ej.: vertederos o plantas de tratamiento, o de fuentes no puntuales, como máquinas de lavado, ropa o cualquier otro material conteniendo nanopartículas (Gehrke et al. 2015). Una mirada extensiva de los diversos efectos de las nanopartículas de TiO2 se dio a conocer el 2010 en un estudio de casos publicado por la Agencia de Protección al Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) (Pederson et al. 2011) En ese estudio, diferentes tipos de nano- TiO2, diferentes vías de entrada y diferentes efectos en el medio ambiente y en organismos, incluyendo bacterias, algas, invertebrados, peces y plantas. Los efectos reportados en organismos acuáticos incluyen una disminución en la reproducción de daphnia así como distrés respiratorio, cambios patológicos en las branquias y el intestino, y cambios en el comportamiento de peces. Varios efectos agudos en algas podría ser demostrados dependiendo de la concentración media efectiva, dependiendo principalmente del tamaño de las partículas.

Conclusiones

La nanotecnología es un campo con mucho potencial. Continuamente se realizan mejoras en los sistemas de filtración utilizando membranas que no solo disminuyen en tamaño, sino en selectividad y duración, y aunque el costo aún sigue siendo elevado para un tratamiento de aguas a gran escala es importante mantenerse al corriente de los avances y tratar de replicar experiencias exitosas en otros países en nuestra propia comunidad. El estar pendiente a mejoras en procesos de desalinización podría ser utilizado en un futuro por ejemplo en desalinización del Lago Titicaca obteniendo de esta manera una

fuente de agua para pobladores de esa región. Por otro lado en poblaciones donde el acceso al agua es limitado no solo basta con implementar dispositivos para la cosecha de agua, sino el asegurar que esta agua sea de buena calidad y apta para el consumo para lo cual los procesos de catálisis y fotocatálisis usando nanopartículas. El campo de la nanotecnología aún no ha sido explorado del todo en nuestro país pero es pertinente conocer que muchas técnicas pueden adaptarse a nuestras necesidades siempre y cuando se consigan los socios estratégicos.

DISEÑO MEJORADO DE ALCANTARILLAS DE DRENAJE PLUVIAL EN CARRETERAS

En una situación donde se requiere resolver muchos cruces del trazado de la carretera con cursos de quebradas la limitación financiera se vuelve notoria. La mejor solución es construir puentes pero es a la vez la más costosa. La ingeniería se caracteriza por ofrecer soluciones funcionales al menor costo posible. Es así que se propone adoptar tipos de alcantarillas más resistentes conforme a las figuras 1 y 2 siguientes que no requieren mucha explicación

Figura 1: Alcantarilla protegida desde aguas arriba haciendo factible

el vertimiento sobre el tramo de carretera

La alternativa aquí propuesta se recomienda fuertemente para aplicarla en carreteras de un volumen de tránsito mediano a bajo. En otros casos también, aunque asegurándose que su costo sea significativamente más bajo que el de un puente.

Esta solución es particularmente adecuada en las secciones anchas y planas de quebradas donde el puente pueda quedar fácilmente fuera del cauce principal por erosión de uno de sus estribos, como fue el caso del puente Bocapan (al sur de Tumbes, sobre la Panamericana Norte).

REUTILIZACIÓN DE AGUAS GRISES

Las aguas grises son aguas que provienen de la cocina, la colada, el cuarto de baño, lavabos, fregaderos, regaderas, etc. Un agua que a primera vista puede resultar inservible y que sin embargo su reutilización consigue disminuir el gasto en agua potable, así como reducir el vertido de aguas residuales. 

¿Qué uso se puede hacer de este tipo de agua?

Cuando se utilizan apropiadamente, las aguas grises son una fuente de gran valor como abonos para la horticultura. 

Las aguas grises son una fuente de gran valor como abonos para la horticultura

El mismo fósforo, potasio y nitrógeno que convierte a las aguas grises en una fuente de contaminación para lagos, ríos y aguas del terreno puede utilizarse de manera beneficiosa como excelentes nutrientes para el regado de plantas. Hay varios sistemas para tratar las aguas grises, dependiendo del uso final que se le vaya a dar. Por ejemplo, los denominados "filtros jardinera" consisten en una trampa que retiene las grasas que provienen principalmente de la cocina. Posteriormente, se dirige esta agua pretratada hacia una jardinera impermeable, donde se siembran plantas de pantano, las cuales se nutren de los detergentes y la materia orgánica, evaporan el agua y así la purifican, con lo que se puede llegar a rescatar hasta un 70% del agua, que a su vez puede ser utilizada para irrigación. El sistema de "acolchado" consiste en dirigir el agua gris hacia zanjas rellenas de un acolchado, compuesto normalmente de corteza de árbol triturada, paja u hojas, que se encarga de tratar las aguas y de paso aumentar la riqueza del suelo al seguir un proceso de compostaje. 

También empiezan a aparecer empresas que se encargan de instalar sistemas para reutilizar las aguas grises, muy demandados para su uso en viviendas unifamiliares, comunidades de vecinos, instalaciones deportivas como campos de fútbol o piscinas, hoteles y universidades. Estas instalaciones constan de unas tuberías independientes por donde circulan las aguas grises hasta llegar a unos depósitos, donde se lleva a cabo un tratamiento de depuración. Gracias a la depuración, el agua se puede reutilizar para alimentar las cisternas de los inodoros, para el riego del jardín o la limpieza de los exteriores. El equipo de reutilización de aguas grises se instala en los sótanos o la buhardilla, con los correspondientes bidones que recolectarán y tratarán las aguas. También se instalarán las tuberías que se precisen para recolectar el agua de la ducha y el lavabo, que conducirán el agua a tratar y, por otro lado, las tuberías que llevarán el agua tratada hacia las cisternas del wc y a una boca de riego, si fuera necesaria.

Los sistemas de reutilización de aguas grises pueden conseguir el ahorro de entre un 30% y un 45% de agua potable.

Los sistemas de reutilización de aguas grises pueden conseguir el ahorro de entre un 30% y un 45% de agua potable

La reutilización del agua disminuye los costes de agua potable y aguas residuales, protege las reservas de agua subterránea y reduce la carga de las aguas residuales. Estos sistemas se pueden incorporar a cualquier edificio, y se estima que en cada hogar se pueden ahorrar unos 45 litros de agua potable y aguas residuales por persona y día. En hoteles o instalaciones deportivas, el ahorro puede llegar a 60 litros por persona y día. La instalación de un sistema de reutilización de aguas grises para una familia de 4 personas puede rondar los 1.100 euros. En el caso de viviendas o instalaciones ya existentes el precio se encarece, puesto que hay que añadir el precio de la obra, por lo que se recomienda implantarlos aprovechando reformas del hogar.

Ventajas e inconvenientes

Los beneficios de la reutilización de las aguas grises incluyen un menor uso de las aguas frescas, un menor caudal a las fosas sépticas o plantas de tratamiento, una purificación altamente efectiva, una solución para aquellos lugares en donde no puede utilizarse otro tipo de tratamiento, un menor uso de energía y químicas por bombeo y tratamiento, la posibilidad de sembrar plantas donde no hay otro tipo de agua, o la recuperación de nutrientes que se pierden.

Ahora bien, los sistemas de reutilización de aguas no pueden utilizarse en cualquier lugar, puesto que es necesario un espacio suficiente que permita desarrollar el proceso del tratamiento del agua y que reúna las condiciones climáticas adecuadas. Hay que tener en cuenta que aunque las aguas grises normalmente no son tan peligrosas para la salud o el medio ambiente como las aguas negras, provenientes de los retretes, poseen cantidades significativas de nutrientes, materia orgánica y bacterias, por lo que si no se realiza un tratamiento eficaz previo a su descarga o reutilización, causan efectos nocivos a la salud, contaminación del medio y mal olor.

Uso de las aguas grises

Ventajas que proporciona el re-uso de las aguas grises:

- Diseño patentado que garantiza seguridad

- Reducción del consumo de agua potable hasta un 70%, combinando el uso de agua de lluvia y el agua gris tratada

- Alta eficiencia en lugares con altos consumes de agua potable y pequeñas áreas de recolección de agua de lluvia

- Alta seguridad operacional y bajos costos de operación gracias al uso de un autónoma

- Diseño compacto e instalación soterrada, que evitan el uso de espacios adicionales dentro de la casa

- Libre de ruidos

- Se le puede acoplar un control remoto

Descripción corta de los sistemas de reciclaje de aguas grises

Una vez colectada, el agua-gris de la ducha, de la bañera y del lavabo es tratada en un tanque con filtro de acuerdo con el proceso MBR. El agua tratada (?filtrado?) es almacenada en un tanque de agua clara para utilización posterior.

Producción diaria  Producción anual*     Demanda de agua tratada   Ahorro/Año**   
                                                                x habitantes/días

   500 l                       165m³                          10                               €    825

1.000 l                       330m³                          20                               € 1.650

1.500 l                       495m³                          30                               € 2,475

2.000 l                       660m³                          40                               € 3.300

3.000 l                       990m³                          60                               € 4.950

4.000 l                  1.320m³                         80                              € 6.600

5.000 l                    1.650m³                        100                               € 8.250

6.000 l                    1.980m³                        120                               € 9.900

* 330 días de producción por año; ** at € 5,- costo de agua (Costo combinado del suministro de agua potable y evacuación del agua albañal)

Descripción corta de un sistema de reciclaje de aguas grises 

Sistema grande: En el tanque con filtro el agua es preparada de acuerdo con el proceso MBR. El agua tratada (filtrado) es almacenada en un tanque de agua clara para utilización posterior. La capacidad diaria es de 6000 litros que corresponde a una demanda diaria de agua-de-servicio para 120 personas. 

El tamaño reducido de los poros de la membrana retiene partículas sólidas, bacterias, así como virus. El filtrado contiene niveles de impurezas inferiores al límite determinado por las directrices de la UE para aguas aptas para bañarse.

Sistema pequeño: El agua tratada (filtrado) es almacenada en un tanque de agua clara para utilización posterior. La capacidad diaria es de 500 litros que corresponde a una demanda diaria de agua-de-servicio para 10 personas.

El tamaño reducido de los poros de la membrana retiene partículas sólidas, bacterias, así como virus. El filtrado contiene niveles de impurezas inferiores al límite determinado por las directrices de la UE para aguas aptas para bañarse.

Ejemplo de un sistema en funcionamiento en Aachen/ Alemania

Un número considerable de sistemas de tratamiento de aguas grises han sido instalados mundialmente. Algunos de ellos, incluso, son monitoreados desde Aachen por un sistema de control remoto.

En el caso particular del sistema instalado en Aachen, se combina el sistema de tratamiento de aguas grises con un sistema de aprovechamiento de agua de lluvia.

Uno de los tanques es usado para almacenar las aguas grises provenientes de la casa. El otro tanque almacena el agua de lluvia y el agua gris tratada y a la vez, el tanque sirve como fuente de suministro para los inodoros y la lavadora. A través de un sistema de ultrafiltración el agua gris es tratada, obteniéndose un agua libre de bacterias y otras impurezas.

El panel de control está conectado vía modem (se actualiza cada minuto) con la central, lo cual permite el monitoreo a distancia de la instalación y de esta forma poder estar informado del funcionamiento de la misma y con posterioridad poder dar soluciones precisas en caso de roturas o mal funcionamiento. A través del modem no solo son controlados los parámetros del sistema, sino que en caso de avería la alarma se dispara y puede desconectar automáticamente la unidad. Mediante el monitoreo vía modem se puede lograr pronosticar un problema futuro. Así que, el objetivo principal del mismo es brindar un servicio preventivo.

Ante la escasez del agua en ciertos lugares, se estima que el gasto doméstico diario por persona es de unos 129 litros, y casi la mitad corresponden a la ducha y la cisterna. ¿Con tirar menos de la cisterna o cerrar el grifo mientras nos cepillamos basta? ¿son suficientes estas medidas para ahorrar agua?. Afortunadamente se pueden hacer más cosas, y no sólo a nivel doméstico, ya que existen sistemas de reciclado para mejorar el consumo urbano. Hay duchas que permiten reducir el caudal de 20 a 10 litros por minuto, y grifos con 7 en lugar de 12 l/minuto, o cambiar la cisterna vieja por una con sistema de doble descarga o de flujo interrumpible. Y si tenemos jardín, ¿por qué no interesarnos por aquellas plantas que requieran menos riego? o por una ducha solar?.

Hay gente muy concienciada que ha añadido a su casa un circuito que recoge el agua de la lavadora, lavavajillas, ducha… y lo reutiliza en la cisterna. Esto está muy bien, pero se puede ir más allá: una familia podría ahorrar hasta 90.000 litros de agua al año. ¿El secreto?, un sistema biológico-mecánico para el reciclado de agua en la vivienda, como el que realiza AquaCycle de Pontos. Básicamente lo que hace este sistema de reciclaje de aguas grises es limpiar la de nuestro aseo personal (lavabo, ducha, baño) haciendo que se pueda aprovechar para lavar la ropa, la cisterna, riego del jardín… en definitiva, para aquellos usos no potables. El agua se limpia con una calidad constante y fiable, cumpliendo las normativas europeas en cuestiones de higiene en aguas del cuarto de baño, en un proceso de cuatro fases:

1. Filtrado. Es una unidad que sirve para retener los residuos más grandes (cabellos, fibras…) y se limpia de manera automática, siendo expulsados los residuos por el desagüe.

2. Cámaras de reciclado principal y previo, en donde los bio-cultivos desmenuzan la suciedad del agua. Cada tres horas el agua vuelve a ser bombeada.

3. Desagüe de los residuos.

4. Esterilización, mediante una lámpara de rayos UV, y almacenamiento en la cámara de agua limpia e inodora.

La capacidad diaria de tratamiento es de unos 3000 litros (más que suficiente para una familia), pero este sistema de reciclaje siempre garantiza el agua que se necesite, ya que si el nivel almacenado en la cámara de agua limpia llega a un mínimo preestablecido, se añade agua potable de la red de la vivienda. Lógicamente se necesita una red independiente de la del agua potable, y un lugar en alguna dependencia de la casa para la situación de los módulos-cámaras necesarios. Estos sistemas de reciclaje  suelen ser modulares por lo que se pueden instalar también para lugares de mayores prestaciones (grandes comercios, hoteles,…).

Una solución amigable de elemento finito para la transferencia de agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo

"Una solución de elemento finito para la transferencia de agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo"

En diversos trabajos reportados en la literatura se ha modelado la transferencia de agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo utilizando la ecuación de Richards bidimensional, los cuales se diferencian entre sí dependiendo de la manera en que se considere la forma geométrica del dren y la condición de frontera que sujeta la ecuación en el mismo. 

Zarandny y Feddes (1979) modelan la transferencia de agua hacia un dren de forma circular, tratando la condición de frontera como una superficie de filtración, sin embrago los resultados de la aplicación del modelo no son comparados con datos de campo.

García (1994) combinan las ecuaciones de Bcussiesq bidimensional para la zona de flujo en saturación con la ecuación de Richards unidimensional para la zona en flujo no saturado, considerando el dren como un punto en el dominio de solución y sujetando la ecuación a una condición tipo Dirichlet en el dren, sin realizar comparaciones con datos de campo. 

El objetivo del presente trabajo es la modelación del funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje agrícola instalado en un distrito de riego de la zona semiárida del noreste de Mexixo, que tiene como fuente de recarga la aplicación de riego de gravedad. La ecuación diferencial de Richards en su forma bidimensional se resuelve numéricamente con el método del elemento finito respetando la condición de uniformidad en la discretización del espacio al utilizar elemento triangulares

  

Se ha desarrollado una solución de elemento finito de la ecuación bidimensional de Richards para describir el movimiento del agua en un sistema de drenaje agrícola subterráneo. La solución de elemento finito ha sido parcialmente validada con una solución analítica exacta de la ecuación de Richards para una columna semi-infinita de suelo sujeta a una condición de flujo constante sobre la superficie del suelo, la cual describe la evolución temporal del perfil de humedad sobre el dren mientras la posición del frente de humedecimiento sea menor que la profundidad del dren. La comparación de los perfiles de humedad en un suelo arenoso y otro arcilloso ha permitido seleccionar un solo paso de tiempo numérico para aproximar la solución exacta en ambos suelos con un error relativo máximo menor de 0.25%. La solución de elemento finito ha sido aplicada para describir el funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje instalado en una parcela agrícola de un distrito de riego ubicado en la zona semiárida del noroeste de México, aceptando la presencia de una superficie de filtración en el dren. 

El suelo de textura esencialmente arcillosa ha sido caracterizado desde el punto de vista hidrodinámico a partir de su curva granulométrica y su porosidad, y a partir de una prueba de drenaje en la parcela. La conductividad hidráulica a saturación y un valor característico de la presión se estimaron a fin de minimizar los errores entre el hidrograma proporcionado por la solución y el hidrograma observado experimentalmente. El hidrograma teórico proporcionado por la solución de elemento finito describe las características matemáticas, como la presencia de un punto máximo, del hidrograma experimental. Las fases de crecimiento y recesión del hidrograma son igualmente bien descritos por la solución. Esto valida el tratamiento de la condición de frontera en el dren como una superficie de filtración. En consecuencia, la solución propuesta puede ser utilizada tanto para la identificación de parámetros del suelo a partir de pruebas de drenaje como para la descripción del funcionamiento hidráulico de un sistema de drenaje.

COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

IMPORTANCIA DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

El Coeficiente de Escorrentía es uno de los parámetros fundamentales de la Hidrología superficial, pues representa la porción de la precipitación que se convierte en caudal, es decir, la relación entre el volumen de Escorrentía superficial y el de precipitación total sobre un área (cuenca) determinada:

Una forma de visualizar el significado del Coeficiente de Escorrentía es tratarlo en términos de porcentaje de lluvia. Por ejemplo, un Coeficiente de Escorrentía de 0,85 conduciría a pensar en una escorrentía que representa el 85% de la lluvia total asociada. O, dicho de otra forma, por cada 100 litros por metro cuadrado precipitados en una Cuenca Hidrográfica, 85 litros por metro cuadrado se convertirán en flujo superficial.

El Coeficiente de Escorrentía no es un factor constante, pues varía de acuerdo a la magnitud de la lluvia y particularmente con las condiciones fisiográficas de la Cuenca Hidrográfica (Cobertura vegetal, pendientes, tipo de suelo), por lo que su determinación es aproximada.

En general, los cálculos de este coeficiente se efectúan a partir de los valores anuales de precipitación y caudal. En esta Tabla hemos reproducido algunos valores comunes del Coeficiente de Escorrentía utilizados para el cálculo de Cuencas Rurales (no urbanizadas).

Para la selección del Coeficiente de Escorrentía utilizando esta tabla, necesitamos conocer (además del tipo de cobertura vegetal) dos parámetros específicos del área en estudio: la pendiente promedio del terreno (la cual podría bien ser la resultante del estudio morfológico de la cuenca) y el tipo de suelo predominante en el área de estudio, de forma tal de poder estimar su nivel de permeabilidad, la cual deberá ser determinada a partir de muestreos, inspección directa o estudios geológicos. Como referencia, los tres niveles de permeabilidad utilizados en esta tabla pueden ser asociados a los tipos de suelos de la siguiente manera:

1. Suelo Impermeable: Rocas, arcillas, limos arcillosos.
2. Suelo Semipermeable: Arenas limosas o arcillosas, gravas finas con alto contenido de arcillas.
3. Suelo permeable: Arenas, gravas, en general suelos de alto contenido arenoso.

EJEMPLO 

Supongamos que se desea estimar el valor del Coeficiente de Escorrentía para una cuenca rural, recubierta con vegetación densa y en la que se ha establecido que el tipo de suelo predominante está conformado principalmente por arcillas con un bajo contenido de arena. Igualmente, el estudio de pendientes en esta cuenca determinó que su pendiente media es del 23%.

De acuerdo a la clasificación de pendientes de la tabla, tendremos que la cuenca de ejemplo se ubica en la columna de Pendiente Alta (>20% y <=50).

El tipo de suelo, al contener algo de arena, pero con predominancia del contenido de arcilla en él, deberíamos pensar en un Suelo Semipermeable.

Finalmente, seleccionando la fila correspondiente a la Vegetación Densa, tendremos que el coeficiente seleccionado será de 0,40:

.....FINALMENTE, PARA QUÉ NOS SIRVE LE COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA?

Ciertamente, hemos hablado sólo de la determinación de este parámetro, sin destacar cuál es su utilidad; aunque ya de por sí su definición nos dice algo: su magnitud nos dirá en qué nivel tendremos mayor o menor caudal superficial sobre determinada área en estudio (la cuenca, para los efectos de la Hidrología).

El Coeficiente de Escorrentía tiene su principal aplicación en el uso de la Fórmula Racional. Esta Fórmula permite determinar cuál es la magnitud del Caudal Superficial que se genera en determinada Área, para una Intensidad de Precipitación de diseño y, por supuesto, esta fórmula involucra las características físicas de la cuenca a través de nuestro, ya conocido, Coeficiente de Escorrentía.