Unidad 2. 2. Modelos de contaminantes en sistemas hídricos

 

La contaminación hídrica se ocasiona cuando se le añade al agua algún material que afecta su comportamiento. Este tipo de contaminación puede aparecer de fuentes naturales o de actividades humanas, en la actualidad la más importante sin duda es causada por el hombre. En este tema de modelos de contaminantes de sistema hídrico se entiende por modelo la representación simplificada de la realidad en la cual solo se incluyen aquellos aspectos que tienen relevancia para el problema que se quiere estudiar.

Las variables para realizar un modelo de contaminación en sistema hídrico son:

·         Profundidad del agua (vulnerabilidad a la contaminación del acuífero).

·         Recarga (indica la cantidad de agua por unidad de área).

·         Litología del acuífero (espacio tridimensional subterráneo que tiene la capacidad de transmitir y almacenar agua).

·         Suelo (es el suelo mineral que constituye la primera capa que debe atravesar el agua en su movimiento vertical/lateral hacia el acuífero).

·         Topografía (es representada en el modelo por la gradiente del terreno).

·         Impacto de la zona no saturada (es aquella porción del suelo que se encuentra por encima de la tabla de agua).

·         Conductividad hidráulica (indica la velocidad con que el agua se mueve por la zona saturada).

En cada una de las variables hay que definir la valoración y peso.

Para que conozcas más acerca de los contaminantes en sistemas hídricos debes leer el tema Contaminación de los cuerpos de agua en el tercer capítulo llamado Calidad del agua, del libro Saneamiento Ambiental de Campos Gómez, donde el autor ofrece una explicación de contaminación del agua, en las páginas 58 a la 62 y describe que el agua de los ríos y lagos se contaminan por exceso de nutrientes provenientes de residuos orgánicos, fertilizantes y de actividades industriales, los cuales llegan a los cuerpos de agua receptoras por descarga directa o por escorrentía superficial. Un cuerpo de agua es una extensión de agua como un lago, mar u océano que cubre parte de la tierra.

A nivel mundial los países en desarrollo dan tratamiento a menos del 10% del agua, México se encuentra en una mejor situación con una cifra cercana al 20%, considerando los tipos de descargas: urbanas e industriales; esto expresa, sin embargo, que una gran cantidad de líquido se vierte a ríos, lagos o mares sin ningún tratamiento previo, ocasionando la contaminación de estos y, en consecuencia, la reducción del agua disponible para su uso. El agua tiene múltiples usos, ya sea para fines recreativos, domésticos, industrial o bien para el riego agrícola.

Ademas de los tipos de descargas es importante tambien que sepas que el agua se puede contaminar fácilmente según el uso que se le da, esto puede implicar alguna contaminación térmica en ríos y arroyos, que a pesar de ser similares a los lagos y lagunas tienen características propias. En ese sentido, la diferencia que hay entre corriente y cuerpo estático es que en el primero existe un flujo de agua propio que le sirve de mecanismo autodepurador y el segundo no tiene este mecanismo. Una de las formas de analizar el efecto de la temperatura en los ríos y arroyos es considerar el área afectada por la descarga, cuyo punto clave es la entrada al rio, el agua descargada se dispersa sobre la superficie del rio debido al flujo y el fondo es poco afectado.

El ser humano no solo ha utilizado el agua para su consumo sino tambien para sus actividades diarias, convirtiendo las aguas en vehículos de desechos. Para lo cual puedes distinguir dos clases de aguas residuales:

·         Aguas blancas o de lluvia.

·         Aguas negras o urbanas.

En el siguiente material podrás observar los tipos de descargas en los cuerpos de agua, tales como las descargas puntuales y descargas distribuidas. Para ello debes de leer el documento Tipos de descargas publicado por Cardini J., esto lo encontraras en las páginas 25 a la 31. Este documento menciona que las descargas son los medios por los cuales los contaminantes llegan a los cuerpos de agua, una vez que están ahí, los contaminantes son absorbidos por los cuerpos receptores y a través de ellos se dispersan (distribuyen) los contaminantes, que en un principio fueron emitidos por las descargas. En el mismo documento de Cardini debes consultar las páginas 40 a la 47, que habla sobre la dispersión de contaminantes en cuerpos receptores (aguas superficiales), esta sección trata sobre conceptos y ecuaciones fundamentales del comportamiento de contaminantes en ríos y canales no dispersivos. Puedes notar en este documento que la relación existente para la modelación de sistemas hídricos en la dispersión de contaminante es que, con las ecuaciones mostradas en el documento, se puede reproducir y predecir el comportamiento del contaminante. Ademas del comportamiento de los contaminantes, el factor tiempo tambien es importante dentro de la contaminación ambiental, ya que el daño puede ser temporal o continuo.

Para que tengas una idea más clara de la modelación de transporte de contaminantes en aguas, debes leer el material Transporte de Contaminantes en Aguas Subterráneas mediante Redes Neuronales Artificiales de la revista Información Tecnológica, publicado en 2010 por I. García. Este material presenta un modelo de matemática útil a través de redes neuronales artificiales que consume bajo recursos computacionales para estimar el transporte de contaminantes (cobre y cadmio) en medios porosos saturados, homogéneos e isotrópicos. Para ello se utilizan adicionalmente un conjunto de ecuaciones derivados del transporte de contaminantes en medios porosos saturados.

Otro tema de gran relevancia dentro de la modelación atmosférica es el transporte de contaminantes en el medio acuático, en ese sentido, debes leer el subtema Proceso de transporte de contaminantes, del documento Transporte de contaminantes en el medio acuático, publicado en el año 2010 por Menéndez, de la página 77 a la 78. Este documento menciona que el medio de transporte es el que permite dispersar el o los contaminantes en el agua y la modelación permite realizar el estudio para observar que dicho contaminante este en el límite máximo permisible.

Sobre la misma temática tambien debes saber, que cuando cierto contaminante llega a aguas subterráneas en disolución, se producen varios procesos complejos para su transporte. Estos procesos se clasifican en 2 grupos:

·         Sin interacción en el medio geológico: los contaminantes se mueven arrastrados por el flujo del agua subterránea y en este grupo se estudia la advección, la difusión y la dispersión (solutos no reactivos o conservativos).

·         Con interacciones entre las sustancias que tiene el agua y el medio geológico, como son: absorción, precipitación o disolución, reacciones químicas (solutos reactivos).

Los diversos grados de tratamiento, la reubicación de los puntos de descargas de aguas, el aumento de los flujos, los sistemas de tratamientos constituyen algunas de las alternativas cuya influencia sobre la calidad del agua puede evaluarse mediante la aplicación de modelos de calidad de agua; los factores que influyen sobre el grado de complejidad del modelo: incluyen el tipo de problema que se desea resolver, las características del cuerpo de agua, la disponibilidad de datos históricos y actuales y los riesgos para la salud.

En el sistema hídrico otro tema de gran relevancia es conocer la simulación, específicamente que modelos de simulación existen, como son: el determinista, estocástico, analítico y empírico, estos modelos te permitirán realizar estudios de modelos de los sistemas ambientales hídricos, los cuales podrás encontrar en el libro Procesos de ciclo hidrológico de Campos Aranda publicado en 1998, debes revisar el tema 1.4.2. Sistemas Hidrológicos y su Simulación.

En resumen, las características de los contaminantes a cuerpos de agua pueden ser iones con cargas eléctricas o moléculas no cargadas, polares o no polares. Las moléculas no polares son moléculas orgánicas como tolueno o benceno que tienen baja solubilidad y es absorbido por su incompatibilidad con la molécula polar. Una molécula polar es la que tiene un extremo positivo y uno negativo, por ejemplo, las sales, en las cuales la red cristalina se mantiene por la atracción de los grupos positivos y negativo, son solubles en agua debido a que las fuerzas electrostáticas del cristal son superadas por la atracción de las cargas hacia el dipolo del agua. Cabe señalar que estas características de los contaminantes en los cuerpos de agua se presentan tanto en áreas rurales como urbanas, debido a la contaminación que ocasiona perdida de nutrientes y por lo tanto baja calidad del agua.

La calidad del agua se ha convertido gradualmente en un problema cada vez más preocupante debido a algunos factores como el aumento demográfico y el incrementos de la demanda de uso de agua potable en la agricultura, la industria, hidroenergía y minerías. Otro factor que se relaciona con la contaminación y que cada vez es mayor en el agua, es que las descargas en los cuerpos de agua van creciendo por desechos y residuos tóxicos sobre los cauces.

Debido a lo anterior, este tema explica como los contaminantes se transportan a los cuerpos de agua utilizando las corrientes causadas por ingreso o salida de aguas, entre otros fenómenos. El agua se contamina desde la superficie, ya que cuando se filtra lixivia los contaminantes que hay sobre el suelo llegando hasta la capa de agua subterránea. Esta contaminación puede ser localizada o difusa, cuando es difusa o dispersa procede del uso indiscriminado de productos agrícolas como los fertilizantes químicos, es decir, todos aquellos compuestos que no son absorbidos por las plantas son absorbidos por las partículas del suelo y pasan a ser parte del agua.

Tambien pudiste conocer las aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios agrícolas, pecuarios, domésticos, fraccionamientos y en general cualquier otro uso que hayan sufrido degradación en su calidad original.