DESARROLLO DE UN MODELO DE CALIDAD DEL AGUA EN RÍOS PARA LA
EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DE LOS EFLUENTES Y DE LAS
MODIFICACIONES EN EL CAUDAL Proyecto FONDEF D00I-1135
2001-2004
DESARROLLO DE UN MODELO DE CALIDAD DEL AGUA EN RÍOS PARA LA EVALUACIÓN DE LOS EFECTOS DE LOS EFLUENTES Y DE LAS MODIFICACIONES
EN EL CAUDAL
El proyecto propone desarrollar un modelo predictivo de la calidad del agua acoplado a un sistema de información geográfica (SIG), para estimar el efecto de proyectos de inversión (industrias, centrales hidroeléctricas, embalses, canales de riego, etc.) que signifiquen la extracción, embalsamiento o descargas de efluentes, sobre la capacidad de carga o de asimilación de un sistema fluvial.
El modelo de calidad del agua será desarrollado como un programa computacional con una interfase apropiada para permitir la evaluación de distintos escenarios hidrológicos y de descargas urbanas e industriales. La interfase permitirá además visualizar de un modo dinámico los resultados de la modelación. Las ecuaciones matemáticas serán resueltas con métodos numéricos que garanticen la estabilidad de las soluciones y un mínimo error. Además, se implementará una metodología para la estimación de parámetros a través de valores de literatura, experiencias de laboratorio y calibración-validación del modelo con datos in situ. La calibración y validación es una de las etapas más importantes en el desarrollo de modelos de calidad de aguas, ya que permite contar con valores de los parámetros para las condiciones específicas que están siendo modeladas.
De esta forma, el modelo representará una herramienta adicional para la toma de decisiones en el sector productivo respecto de las necesidades, costos y beneficios de invertir en cambios tecnológicos (tratamientos o procesos) o localización de nuevos proyectos
Este proyecto fue postulado al VIII Concurso del programa FONDEF, Fondo de Investigación y Fomento de la Comisión Científica y Tecnológica de Chile (Conicyt) y adjudicado por el Centro de Ciencias Ambientales, EULA de la Universidad de Concepción.
En él participará un equipo multi e interdisciplinario de 14 investigadores de las Facultades de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemáticas de la misma Universidad y del propio Centro EULA-Chile.
Este proyecto cuenta con la participación de 9 Empresas Productivas Regionales todas usuarias de las aguas del Río Biobío.
El presupuesto del proyecto corresponde a $ 320.713.000, del cual Fondef aportará
$180.000.000, las Empresas $ 71.823.000 y la Universidad de Concepción 68.890.000, en los tres años de duración de la investigación (Junio 2001 a Junio 2004).
FACULTAD DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CENTRO EULA-CHILE
CENTRO EULA-CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y
MATEMETICAS MATEMETICAS
Unidades Académicas participantes
En la ejecución del proyecto, aportando recursos económicos y participando con profesionales en la entrega y coordinación de información sobre los diversos procesos industriales y de usos del agua involucrados, participarán las mismas nueve empresas que cofinancian desde el año 1995 con la Universidad de Concepción el Programa de Monitoreo del río Biobío. Se debe destacar que la presentación de este proyecto al concurso Fondef como su posterior ejecución será posible en parte importante gracias al trabajo desarrollado durante los últimos siete años en este programa de monitoreo.
Como resultado de la ejecución del proyecto se espera obtener un paquete tecnológico (modelo de calidad del agua e interfase a SIG) que pueda ser transferido a las empresas u organismos interesados, permitiéndoles mejorar su gestión ambiental y competitividad mediante el mejoramiento de los procesos de toma de decisiones.
Esta nueva herramienta tecnológica será desarrollada y aplicada sobre la base de un caso puntual y complejo, el río Biobío un recurso hídrico de uso múltiple, que recibe descargas urbanas e industriales, lo que facilitará un mejor conocimiento, comprensión y control de la contaminación de este importante recurso hídrico y de otros cuerpos acuáticos del país.
Este sistema fluvial es el más estudiado del país gracias a la realización de un proyecto de colaboración científica internacional entre los gobiernos de Chile e Italia, conocido como Proyecto EULA, titulado “Gestión de los Recursos Hídricos de la Cuenca del río Biobío y área Costera Adyacente”.
Este proyecto permitió entre los años 1990 a 1993 la ejecución de estudios ambientales integrados, originándose información sobre la meteorología, hidrología, sedimentología, calidad del agua, biota acuática e información sobre usos del recurso hídrico, el nivel de contaminación y también sobre los usos del suelo de la cuenca y su significado ambiental en el sistema fluvial. A toda esta información se agrega la enorme cantidad de datos generadas por el Programa de Monitoreo del río Biobío.
Empresas participantes en el Proyecto
Nueve importantes empresas de la Región, usuarias del río Biobío participarán en el financiamiento así como también en el desarrollo del proyecto con profesionales responsables de sus respectivas áreas ambientales de acción.
El Río Biobío: Caso de Estudio
El río Biobío es un sistema fluvial fuertemente antropizado, con aprox. de 380 km de largo, y una cuenca hidrográfica de 24.260 km², situada entre los 36°45'S y 39°S. Desde el punto de vista hidromorfológico, este río presenta dos sectores claramente diferenciados, el sector de ritrón (o río de montaña) y el sector de potamón (o río de llanura), con características ambientales claramente diferenciables.
Por sus aportes de agua, el río Biobío es uno de los más importantes del país, siendo el segundo más caudaloso de Chile después del río Baker ubicado en la XI Región.
Su régimen es marcadamente estacional, con un caudal medio máximo de 1.600 m3/s en invierno, y un caudal medio mínimo de 200 m3/s en verano. Sus principales fuentes de alimentación son las precipitaciones invernales y los deshielos primaverales.
El río Biobío es un sistema acuático de uso múltiple.
En su curso principal como en sus principales afluentes este sistema fluvial presta diversos servicios ecosistémicos de gran significado para la economía regional y nacional; entre estos cabe mencionar la generación hidroeléctrica, el riego, el abastecimiento de agua potable e industrial, la piscicultura, la recreación y el turismo y también como receptor de aguas servidas y de efluentes industriales.
Por su ubicación geográfica y el desarrollo que han adquirido las actividades económicas, agrícolas, forestales, energéticas, industriales y culturales de esta área, la Cuenca Hidrográfica del Río Biobío ha experimentado un importante aumento de la población, llegando a ser la segunda más poblada del país. Este aumento de la población y el incremento de la actividad industrial, hace cada vez más complejo planificar adecuadamente la utilización de los recursos hídricos de la VIII Región.
El sistema de información geográfica (SIG) permitirá manejar datos espacialmente y desplegar información de base de datos y resultados obtenidos mediante la aplicación del modelo bajo diversos escenarios hidrológicos y de usos del recurso hídrico.
SIG y Bases de datos
Los Sistemas de Información Geográfica (SIG) y Bases de Datos son una de las mas recientes tecnologías utilizadas para el análisis del territorio y los componentes del ecosistema. Están constituidos por un conjunto de datos espaciales (mapas o imágenes) y temáticos (datos de calidad de agua, determinación de uso de suelo, antecedentes hidráulicos, etc.)
El SIG es un sistema de hardware, software y procedimientos diseñado para realizar la captura, almacenamiento, manipulación, análisis, modelización y presentación de datos referenciados espacialmente para la resolución de problemas complejos de planificación y gestión.
Un Sistema de Información
Geográfica (SIG) permite el almacenamiento, proceso, recuperación, manipulación y representación de los antecedentes
espaciales
georreferenciados, lo que en combinación con la información disponible en la Base de Datos permite gestionar y analizar áreas de interés otorgando una efectiva planificación en la solución de problemas ambientales
En la figura se ilustra la parte terminal del curso principal del río Biobío que muestra las estaciones de muestreo de la calidad del agua y los efluentes que descargan en él. Cada uno de estos puntos están georeferenciados y poseen un set de datos
temporales que pueden ser solicitados para la simulación por el modelo para diferentes escenarios.
Definición conceptual de modelo y capacidad de carga
Un modelo no es más que una representación formal de la realidad que pretendemos describir, analizar y finalmente comprender. La formalización puede adoptar varios niveles, desde el simplemente verbal, pasando por la conceptualización básica hasta la formalización matemática.
Los modelos de calidad de agua son relaciones matemáticas que permiten entender y cuantificar las relaciones causa-efecto de los procesos físicos, químicos y biológicos de los compuestos descargados en cuerpos receptores, como ríos, lagos y estuarios. Más importante aún, estos modelos han sido utilizados para evaluar distintas alternativas de gestión para mejorar la calidad del agua. El enfoque clásico para la gestión de la calidad del agua es, una vez desarrollado y calibrado, utilizar el modelo para predecir la concentración de los contaminantes para distintas alternativas de tratamiento o políticas de gestión de caudales.
Los modelos utilizan el conocimiento obtenido a partir de los datos para predecir lo que ocurrirá en algún otro momento y lugar.
Diagrama de flujo (ruta) para el procedimiento de la modelación
Capacidad de Carga o asimilativa
Corresponde a la cantidad de materia o energía que puede soportar un cuerpo acuático receptor sin que se alteren los procesos ecológicos y biológicos de un sistema o su integridad ecológica, permitiendo los distintos usos.
Definición del problema
Límites del problema en tiempo, espacio y subsistemas
Requerimiento de datos Diagrama conceptual
Ecuaciones
Verificación
Análisis de sensibilidad
Calibración Validación
Selección de la complejidad
Calidad de los datos disponibles
Revisión requerida
?
Entre los principales impactos económicos-sociales, institucionales, ambientales y científicos-tecnológicos, se consideran los siguientes:
ü Toma de decisiones oportunas y adecuadas para el control de la contaminación por parte de usuarios del sector privado y público en cuerpos receptores.
ü Facilitación del control y manejo de la calidad de las aguas de los recursos hídricos del país.
ü Facilitar el cumplimiento de la normativa chilena vigente o en proceso de dictación y definición de nuevas orientaciones en el desarrollo de ella.
ü Facilitar la aplicación de las normas ambientales.
ü Aplicación del modelo desarrollado al río Biobío, uno de los mas importantes sistemas fluviales del país, sometido a diversos usos, productivos y urbanos.
ü Mejorar la coordinación de los actores relevantes asociados a la gestión de la calidad de aguas en los recursos hídricos del país.
ü Fortalecimiento de la interacción entre la Universidad, las Empresas y los Servicios Públicos.
ü Fortalecimiento y consolidación de un grupo de trabajo especializado en la Universidad de Concepción en:
a) el manejo y desarrollo de modelos de calidad del agua
b) en la incorporación de un SIG asociado a una base de datos que permita manejar la información hidrológica, hidráulica, de calidad de agua y descargas.
ü Promover espacios de trabajo interdisciplinario entre académicos del Centro de Ciencias Ambientales (EULA-Chile), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas y de la Facultad de Ingeniería y a futuro con otras facultades de la Universidad.
ü Consolidar líneas estratégicas de investigación de las unidades académicas involucradas a través de la formación de nuevos recursos humanos mediante la elaboración de tesis de pregrado y postgrado en el tema.
ü Fortalecer la cooperación científica internacional con centros de investigación de renombre internacional, tales como el Departamento de Hidrología de la Universidad de Cornell (USA), Danish Hydraulic Institute (Dinamarca), Centro de Ciencias Ambientales (UFZ) Leipzig, (Alemania) y Universidad de Santiago de Compostela (España).
Esta experiencia sin lugar a dudas constituye un excelente ejemplo de colaboración entre la Universidad y Empresas, todas ellas instituciones de gran significación en el desarrollo regional y del país. Al mismo tiempo el proyecto tiene como objetivo institucional la interacción con aquellos servicios públicos que tienen responsabilidades en el control y protección de la calidad del recurso hídrico.
El proyecto también contempla actividades de formación de recursos humanos en el tema de la modelación ambiental y actividades de transferencia de conocimiento y educación ambiental, para lo cual se contempla la dictación de cursos, organización de seminarios científicos y de difusión y elaboración de material educativo audiovisual.
Por último, cabe mencionar la participación en actividades de investigación y formación de recursos humanos de investigadores de universidades y centros de investigación del extranjero como son el Ing. Patrick Debels de la Universidad de Gante, Flandes, Bélgica, la Dra. Elena Vásquez de la Universidad de Santiago de Compostela, España, el Dr. Daniel Louck de la Universidad de Cornell, USA y el Dr. Michael Rode del UFZ (Umveldt Forschung Zentrum) Alemania.
ORGANIGRAMA DE FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO FONDEF D00I-1135
Con el objeto de facilitar la ejecución del proyecto se ha definido un organigrama en el cual se puede identificar las responsabilidades en la gestión del proyecto y las responsabilidades temáticas de investigación de los profesionales participantes como también el rol que deberán asumir los profesionales de las empresas y de los servicios públicos con responsabilidades en la gestión del recurso hídrico.
En el contexto de la ejecución del proyecto existirá un activo trabajo de colaboración entre los investigadores de la Universidad y los profesionales de las empresas involucradas, para lo cual se tienen contempladas reuniones y seminarios de trabajo, visitas a las plantas industriales y trabajos de terreno en conjunto.
COORDINACIÓN Y CONTACTO CON EL PROYECTO
Modelo de calidad del agua
Dr. Andrés López, Dr. Claudio Zaror Dr. Gabriel Gatica Dr. Rodolfo Araya Dr. Rodolfo Rodríguez
Dr. Oscar Parra Director General
Dr. Claudio Zaror Director Alterno Comité Consultivo
(Universidad, Empresas y DGA)
Personal de Apoyo Coordinación Administrativa
Dra. Evelyn Habit Ing. Mónica Badilla
Unidad de Investigación y Desarrollo
Hidráulica e hidrología Dr. Andrés López Ing. Diego Caamaño
Estimación de parámetros Dr. Andrés López, Dr. Claudio Zaror Dr. Rodolfo Rodríguez Dr. Mauricio Sepúlveda
Dr. Rodolfo Araya SIG y desarrollo
software Ing. Patrick Debels
Ing. Claudia Vega
Aplicación al río Biobío Dr. Oscar Parra Dr. Claudio Valdovinos Escenarios de descargas
Dr. Claudio Zaror Dra. Patricia González
Ing. Roberto Melo,
Técnicos de terreno y laboratorios SISS
Dr. Oscar Parra, Director del proyecto Director Centro de Ciencias Ambientales EULA-Chile
Univresidad de Concepción e-mail: [email protected] Teléfono: 41-204002 Fax: 41-242546 Casilla: 160-C, Concepción Página Web: www.eula.cl
Dra. Evelyn Habit, Coordinadora administrativa proyecto.
Secretaría Proyecto Fondef.
Centro EULA-Chile Universidad de Concepción e-mail: [email protected] Teléfono: 41-204002 Fax: 41-242546 Casilla: 160-C, Concepción Página Web: www.eula.cl
Ing. Mónica Badilla
Area Transferencia Tecnológica Dirección de Investigación Universidad de Concepción e-mail: [email protected] Teléfono: 41-236517 Fax: 41-252972 Casilla: 160-C, Concepción Página Web: www.eula.cl
