Tesina Estudio y Analisis de La Calidad Del Agua Del Embalse de Bellús
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Tesina de Master elaborada por: ALEXANDRA MARTÍNEZ MENDOZA Tutor: Javier Paredes Arquiola MASTER EN INGENIERÍA HIDRÁULICA Y MEDIO AMBIENTE ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LA CALIDA DEL AGUA DEL EMBALSE DE BELLÚS MEDIANTE EL DESARROLLO DE UN MODELO DE EUTROFIZACIÓN UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA VALENCIA, 2009
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El deterioro del agua del embalse de Bellús, ha ocasionado procesos de eutrofización, dando como resultado que la calidad de sus aguas sea pésima para su uso.La modelación matemática constituye una herramienta para mejorar elconocimiento de la dinámica de los contaminantes en el embalse y su relación con la eutrofización.
Transcript of Tesina Estudio y Analisis de La Calidad Del Agua Del Embalse de Bellús
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Tesina de Master elaborada por:ALEXANDRA MARTNEZ MENDOZA
Tutor:Javier Paredes Arquiola
MASTER EN INGENIERA HIDRULICA Y MEDIO AMBIENTE
ESTUDIO Y ANLISIS DE LA CALIDA DEL AGUADEL EMBALSE DE BELLS
MEDIANTE EL DESARROLLO DE UN MODELODE EUTROFIZACIN
UNIVERSIDAD POLITCNICA DE VALENCIA
VALENCIA, 2009
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AGRADECIMIENTOS
A Dios,
a mi padre por todo lo que me ha brindado con tanto amor,
a mi hermana, Stephanie por su apoyo y su cario,
a mis amigas por su compaa y compresin,
a Jos Luis, Sebastin y Carlos Andrs,
a toda mi familia por su apoyo,
Especialmente a mi tutor Javier Paredes
por todo lo que me ha enseado.
Quisiera expresar mi reconocimiento a mi madre
por estar presente en cada paso de mi vida.
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RESUMEN
El deterioro del agua del embalse de Bells, ha ocasionado procesos de
eutrofizacin, dando como resultado que la calidad de sus aguas sea psima
para su uso.
La modelacin matemtica constituye una herramienta para mejorar el
conocimiento de la dinmica de los contaminantes en el embalse y su relacin
con la eutrofizacin.
En este estudio se ha desarrollado la modelacin matemtica de la calidad del
agua del Embalse de Bells, utilizando la herramienta GESCAL del Sistema
Soporte de Decisin AQUATOOL. El modelo es mecanicista de dos capas y
considera los procesos principales de la eutrofizacin de embalses.
Tras calibrar el modelo se realizaron anlisis de sensibilidad de las principales
constantes y balances de masas para determinar los procesos principales de
afeccin a las diferentes variables simuladas.
Las simulaciones propuestas y anlisis de resultados han permitido establecer
cules son las principales actuaciones de mejora de la calidad del agua del
embalse.
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RESUM
El deteriorament de l'aigua de l'embassament de Bells, ha ocasionat
processos deutrofitzaci, donant com a resultat que la qualitat de les seues
aiges siga pssima per al seu s.
La modelitzaci matemtica constitueix una ferramenta per a millorar el
coneixement de la dinmica dels contaminants a l'embassament i la seua
relaci amb l'eutrofitzaci.
En aquest estudi s'ha desenvolupat la modelaci matemtica de la qualitat de
l'aigua de l'Embassament de Bells, utilitzant la ferramenta GESCAL del
Sistema de Suport de Decisi AQUATOOL. El model es mecanicista de dues
capes i considera els processos principals de l'eutrofitzaci d'embassaments.
Desprs de calibrar el model es van realitzar anlisis de sensibilitat de les
principals constants i balanos de masses per determinar els processos
principals dafecci a les diferents variables simulades.
Les simulacions proposades i lanlisi de resultats han perms establir quines
sn les principals actuacions de millora de la qualitat de laigua de
lembassament.
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ABSTRACT
Water deterioration in the Bellus reservoir has caused eutrophication
processes, resulting in an unsuitable drinking water quality.
Mathematical modeling is a tool for better understanding the dynamics of
pollutants in reservoirs and its relation with eutrophication.
In this study, it has been developed a mathematical model of water quality in
the Bellus reservoir, using the GESCAL tool of the Decision Support System
AQUATOOL. The mechanistic model is two layers and considers the main
processes of eutrophication of reservoirs.
After calibrating the model, sensibility analysis of the main constants and the
mass balances were done to determine the principal processes of affection for
the different variables simulated.
The proposed simulations and analysis of results, have allowed to stablish
which are the main actions to improve water quality in the reservoir.
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Contenido
1. INTRODUCCIN ...................................................................................................... 1
El problema del Agua y la Eutrofizacin ............................................................... 1
2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO .................................................................................. 2
3. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DEL EMBALSE DE BELLS ................ 3
3.1. Zona de estudio ................................................................................................ 3
3.2. Caractersticas Generales de la Cuenca y el Embalse ............................4
3.3. Precipitacin ..................................................................................................... 6
3.4. Problemtica Actual ........................................................................................ 7
4. INFORMACIN DISPONIBLE............................................................................... 8
4.1. Informacin Meteorolgica ............................................................................ 8
4.2. Informacin Hidrolgica ................................................................................ 8
4.3. Informacin de la calidad de aguas ............................................................ 9
4.4. Informacin de seguimiento del embalse ................................................. 10
4.5. Informacin Limnolgica del embalse ........................................................ 11
5. ANLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN EL EMBALSE BELLS ......... 12
5.1. Evolucin de los volmenes, caudales de entrada y salidas de agua
del embalse ................................................................................................................. 12
5.2. Anlisis de los datos del Embalse de Bells ........................................... 16
5.3. Vertidos............................................................................................................. 24
5.4. Anlisis de la calidad del agua de entrada al embalse ......................... 28
6. HERRAMIENTA PARA EL DARROLLO DEL MODELO ................................. 38
6.1. Modelacin en embalses. ............................................................................. 38
6.2. Constituyentes y procesos modelados. ..................................................... 43
7. DESARROLLO DEL MODELO .............................................................................51
7.1. Calculo de los datos .......................................................................................51
8. CALIBRACIN Y ANALISIS DE SENSIBILIDAD ............................................. 55
8.1. Calibracin....................................................................................................... 55
8.2. Anlisis de sensibilidad ................................................................................ 62
8.3. Balance de Masas .......................................................................................... 67
9. APLICACIONES DEL MODELO DESARROLLADO ....................................... 80
9.1. Eliminacin del Sedimento ......................................................................... 80
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9.2. Desestratificacin ........................................................................................... 83
9.3. Aireacin del Hipolimnion ........................................................................... 86
9.4. Reduccin de Fsforo Inorgnico .............................................................. 88
9.5. Simulacin para Perodo Seco ................................................................... 90
10. CONCLUSIONES ................................................................................................ 93
BIBLIOGRAFA .................................................................................................................. 96
ANEXOS. ANALISIS DE SENSIBILIDAD..................................................................... 98
Lista de Grficos
Grfico 1. Precipitacin media mensual presentada en el embalse Bells ......... 6
Grfico 2. Evolucin de la precipitacin diaria de octubre de 2000 a
septiembre de 2008 ............................................................................................................ 7
Grfico 3. Evolucin del Caudal de entrada al embalse Bells desde el ao
2000 al 2009 ...................................................................................................................... 12
Grfico 4. Caudal de entrada a escala menor ........................................................... 13
Grfico 5. Caudales Instantneos medidos en las estaciones ICA de
Montaberner, Puente de Hierro y Ro Micena ............................................................. 13
Grfico 6. Evolucin del Caudal de salida del embalse Bells desde el ao
2000...................................................................................................................................... 14
Grfico 7. Caudal de salida a escala menor ................................................................15
Grfico 8. Evolucin del volumen embalsado .............................................................15
Grfico 9. Curva del embalse Cota en relacin al Volumen embalsado .............. 16
Grfico 10. Perfil de Oxgeno Disuelto, enero 2005 ...................................................17
Grfico 11. Perfil de Oxgeno Disuelto, mayo 2005 ...................................................17
Grfico 12. Perfil de Oxgeno Disuelto, mayo 2005 .................................................. 18
Grfico 13. Perfil de Oxgeno Disuelto, octubre 2005 .............................................. 18
Grfico 14.Perfil de temperatura, enero 2005 ........................................................... 18
Grfico 15. Perfil de temperatura, mayo 2005 .......................................................... 18
Grfico 16.Perfil de temperatura, agosto 2005 .......................................................... 19
Grfico 17.Perfil de temperatura, octubre 2005. ...................................................... 19
Grfico 18. Distribucin temporal de la Clorofila en el embalse Bells .............. 19
Grfico 19. Distribucin temporal de la turbidez medida a travs del Disco
Secchi en el embalse Bells ........................................................................................... 20
Grfico 20. Anlisis de la clorofila en el embalse Bells ......................................... 21
Grfico 21. Anlisis de la clorofila y el volumen embalsado en Bells. .............. 21
Grfico 22. Aplicacin del ndice de Carlson ............................................................. 23
Grfico 23. Datos de Funcionamiento relacin Habitantes Caudal medio diario
............................................................................................................................................... 25
Grfico 24. Anlisis de DBO5 en las Plantas depuradoras que vierten sus
aguas los ros que conllevan al embalse de Bells ................................................... 26
Grfico 25. Anlisis de Nitrgeno total en las Plantas depuradoras que vierten
sus aguas los ros que conllevan al embalse de Bells ........................................... 27
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Grfico 26. Anlisis de Fsforo total en las Plantas depuradoras que vierten
sus aguas los ros que conllevan al embalse de Bells ........................................... 27
Grfico 27. Oxgeno Disuelto medidas en las estaciones ICA de Montaberner,
Puente de Hierro, Ro Micena y SAICA de Montaberner ......................................... 28
Grfico 28. Saturacin de Oxgeno calculados en las estaciones ICA de
Montaberner, Puente de Hierro, Ro Micena y SAICA Montaberner .................... 29
Grfico 29. Concentraciones de DBO5 medidas en las Estaciones de
Montaberner, Puente de Hierro y Ro Micena. ........................................................... 30
Grfico 30. Concentraciones de Conductividad medidas en las Estaciones de
Montaberner, Puente de Hierro y Ro Micena. ............................................................ 31
Grfico 31. Concentraciones de Amonio medidas en las ICA de Monteberner,
Puente de Hierro Ro Micena y SAICA Montaberner ................................................ 32
Grfico 32. Concentraciones de Nitratos medidas en las ICA de Monteberner,
Puente de Hierro, Ro Micena y SAICA Montaberner ............................................... 33
Grfico 33. Concentraciones de Slidos Suspendidos medidas en las ICA de
Monteberner, Puente de Hierro y Ro Micena. ........................................................... 34
Grfico 34. Concentraciones de Fsforo Total medidas en las ICA de
Monteberner, Puente de Hierro y Ro Micena. ........................................................... 35
Grfico 35. Concentraciones de Fosfatos medidas en las ICA de Monteberner,
Puente de Hierro Ro Micena y SAICA Montaberner. ............................................... 36
Grfico 36. Concentraciones de Fosfatos en miligramo fsforo litro medidas en
las ICA de Monteberner, Puente de Hierro y Ro Micena. ....................................... 37
Grfico 37. Media del Caudal de Entrada (m3/da) ................................................. 53
Grfico 38. Volmenes del embalse de Bells ........................................................... 53
Grfico 39. Calibracin de la Conductividad en el epilimnion del embalse. ...... 56
Grfico 40. Calibracin de la Conductividad en el hipolimnion del embalse. ... 57
Grfico 41. Calibracin de los slidos suspendidos en el hipolimnion del
embalse................................................................................................................................ 57
Grfico 42. Calibracin del oxgeno disuelto en el epilimnion del embalse. ...... 58
Grfico 43. Calibracin del oxgeno disuelto en el hipolimnion del embalse..... 59
Grfico 44. Calibracin del amonio en el epilimnion del embalse. ...................... 60
Grfico 45. Calibracin del amonio en el hipolimnion del embalse. ................... 60
Grfico 46. Calibracin de la Clorofila-a en el epilimnion del embalse. .............. 62
Grfico 47. Anlisis de Sensibilidad para la modelacin del oxgeno disuelto y
el ciclo del nitrgeno. ...................................................................................................... 64
Grfico 48. Anlisis de Sensibilidad para la modelacin del fitoplancton ......... 66
Grfico 49. Anlisis de Sensibilidad para la modelacin del el ciclo del fsforo
.............................................................................................................................................. 66
Grfico 50. Anlisis de Sensibilidad para la modelacin del parmetro fsico de
atenuacin lumnica. ....................................................................................................... 67
Grfico 51. Procesos que aportan oxgeno disuelto al embalse de Bells. ........ 68
Grfico 52. Procesos que consumen oxgeno disuelto al embalse de Bells. ... 69
Grfico 53. Comportamiento del Oxgeno disuelto en el epilimnion e
hipolimnion del embalse de Bells. .............................................................................. 70
Grfico 54. Procesos que aportan amonio al embalse de Bells. ......................... 70
Grfico 55. Procesos que consumen amonio en el embalse de Bells. ................71
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Grfico 56. Comportamiento del Amonio en el epilimnion e hipolimnion del
embalse de Bells. ............................................................................................................ 72
Grfico 57. Procesos que aportan nitrato al embalse de Bells. .......................... 73
Grfico 58. Procesos que consumen nitrato en el embalse de Bells. ................ 74
Grfico 59. Comportamiento del nitrato en el epilimnion e hipolimnion del
embalse de Bells. ............................................................................................................ 74
Grfico 60. Comportamiento del fsforo inorgnico en el epilimnion e
hipolimnion del embalse de Bells. .............................................................................. 75
Grfico 61.Procesos que aportan fosfatos al embalse de Bells. .......................... 76
Grfico 62. Crecimiento del fitoplancton. ................................................................... 76
Grfico 63. Procesos que consumen fosfatos en el embalse de Bells. .............. 77
Grfico 64. Comportamiento de la Clorofila en el embalse de Bells. ................. 78
Grfico 65. Procesos que aumentan la clorofila en el embalse de Bells. .......... 78
Grfico 66. Procesos que aumentan y disminuyen la clorofila en el embalse de
Bells. .................................................................................................................................. 79
Grfico 67. Comparacin del Oxgeno disuelto, entre el modelo simulado y una
simulacin una vez se ha eliminado el sedimento. ................................................. 80
Grfico 68. Comparacin del Fitoplancton, entre el modelo simulado y una
simulacin una vez se ha eliminado el sedimento. .................................................. 81
Grfico 69. Comparacin del Amonio, entre el modelo simulado y una
simulacin una vez se ha eliminado el sedimento. .................................................. 82
Grfico 70. Comparacin del Fsforo Inorgnico, entre el modelo simulado y
una simulacin una vez se ha eliminado el sedimento. .......................................... 82
Grfico 71. Comparacin del Fitoplancton, entre el modelo simulado y una
simulacin con el embalse desestratificado. .............................................................. 83
Grfico 72. Comparacin del oxigeno disuelto en el epilimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con el embalse desestratificado. ............................... 84
Grfico 73. Comparacin del oxigeno disuelto en el hipolimnion, entre el
modelo simulado y una simulacin con el embalse desestratificado. ................. 85
Grfico 74. Comparacin de los slidos en el epilimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con el embalse desestratificado. ................................ 85
Grfico 75. Comparacin de los slidos en el hipolimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con el embalse desestratificado. ............................... 86
Grfico 76. Comparacin del Oxgeno disuelto en el hipolimnion, entre el
modelo simulado y una simulacin con reaireacin. ............................................... 87
Grfico 77. Comparacin del Amonio en el hipolimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con reaireacin. ............................................................. 87
Grfico 78. Comparacin del Fitoplancton, entre el modelo simulado y una
simulacin con reaireacin............................................................................................ 88
Grfico 79. Comparacin del Fitoplancton en el epilimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con menores concentraciones de fsforo inorgnico
a la entrada. ...................................................................................................................... 89
Grfico 80. Comparacin del Fitoplancton en el hipolimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con menores concentraciones de fsforo inorgnico
a la entrada. ...................................................................................................................... 89
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Grfico 81. Comparacin del Fitoplancton en el epilimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin con menores concentraciones de fsforo inorgnico
y amonio a la entrada. .................................................................................................... 90
Grfico 82. Comparacin de caudales de entrada al embalse. Entrada actual al
embalse y perodo seco. ................................................................................................... 91
Grfico 83.Comparacin del Fitoplancton en el epilimnion, entre el modelo
simulado y una simulacin en perodo seco. ............................................................. 91
Grfico 84. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
DBO5 ................................................................................................................................... 99
Grfico 85. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Oxgeno disuelto ............................................................................................................... 99
Grfico 86. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Nitrgeno orgnico ........................................................................................................... 99
Grfico 87. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Amonio ................................................................................................................................ 99
Grfico 88. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
DBO5 ................................................................................................................................... 99
Grfico 89. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Oxgeno disuelto ............................................................................................................... 99
Grfico 90. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Nitrgeno orgnico ........................................................................................................... 99
Grfico 91. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Amonio ................................................................................................................................ 99
Grfico 92. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Nitratos .............................................................................................................................. 100
Grfico 93. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Fsforo orgnico .............................................................................................................. 100
Grfico 94. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Fsforo inorgnico........................................................................................................... 100
Grfico 95. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Clorofila ............................................................................................................................. 100
Grfico 96. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Nitratos .............................................................................................................................. 100
Grfico 97. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Fsforo orgnico .............................................................................................................. 100
Grfico 98. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Fsforo inorgnico........................................................................................................... 100
Grfico 99. Anlisis de sensibilidad de las constantes de calibracin para
Clorofila ............................................................................................................................. 100
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Lista de Ilustraciones
Ilustracin 1. Ubicacin Geogrfica del Embalse de Bells ..................................... 3
Ilustracin 2. Esquema de la modelacin de la calidad en embalses .................. 39
Ilustracin 3. Estructura del clculo hidrulico en los embalses considerada en
GESCAL ................................................................................................................................ 41
Ilustracin 4. Procesos considerados en la modelacin de un problema de
eutrofizacin. ..................................................................................................................... 44
Lista de Tablas
Tabla 1. RIOS AFLUENTES AL EMBALSE BELLUS ...................................................4
Tabla 2. DATOS DEL EMBALSE Y SU CUENCA ......................................................... 5
Tabla 3. AVENIDAS ............................................................................................................ 5
Tabla 4. CAUDALES DE SERVICIO ................................................................................ 5
Tabla 5. VOLUMENES MXIMOS ESTACIONALES ................................................... 5
Tabla 6. ICA UTILIZADAS PARA LOS PARAMETROS DE CALIDAD ..................... 9
Tabla 7. PAERAMETROS UTILIZADOS EN LAS ICAS .............................................. 10
Tabla 8. SAICA UTILIZADA ............................................................................................. 10
Tabla 9. PAERAMETROS UTILIZADOS EN LA SAICA Montaberner EAA803 ... 10
Tabla 10. CLASIFICACIN CERRADA PARA DETERMINAR EL GRADO DE
EUTROFIA SEGN OCDE............................................................................................... 22
Tabla 11. NDICE DE CARLSON ................................................................................... 23
Tabla 12. EDARS QUE VIERTEN SUS AGUAS A LOS ROS QUE CONLLEVAN
AL EMBALSE DE BELLS .............................................................................................. 24
Tabla 13. PARMETROS OBTENIDOS EN LA CALIBRACIN DEL MODELO. . 55
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1
1. INTRODUCCIN
El problema del Agua y la Eutrofizacin
La gestin de los recursos hdricos constituye un tema de especial
trascendencia para el desarrollo social econmico y medioambiental del
mundo, puesto que se trata del lquido vital de la humanidad. La gestin del
agua da a da se convierte en una herramienta esencial para el beneficio de
todos. Cada pas se ha visto involucrado en la necesitad de idear alternativas
que mitiguen el impacto de la contaminacin y la escasez de agua por una
inadecuada distribucin temporal e irregular.
En climas mediterrneos y de suelos semiridos, la administracin del agua se
convierte en un instrumento fundamental y la construccin de embalses es un
frecuente elemento de manejo. Pero esto solo ha sido la solucin a la
satisfaccin de la demanda en regiones donde no hay la suficiente cantidad de
agua para la poblacin existente. Y el problema de la contaminacin de las
masas de aguas por las elevadas descargas de aguas residuales e industriales
sigue en vigor; provocando sucesos como la eutrofizacin.
La eutrofizacin se caracteriza por la presencia de una elevada concentracin
de nutrientes nitrgeno y fsforo- que originan una excesiva proliferacin de
algas. Cuando esta masa muere despus de su corto ciclo de vida, el oxgeno
de las aguas es insuficiente para atender los requerimientos de la
descomposicin de la mucha materia orgnica producida y la demanda de la
materia viva. Se llega as a un estado de anoxia, mucho ms intensa en los
fondos, en donde se va acumulando la masa de algas que no ha podido ser
descompuesta en las capas superficiales.
La causa de la eutrofizacin son las aportaciones de elementos nutritivos
procedentes de residuos urbanos, industriales y agrcolas. Los nutrientes ms
necesarios son aquellos para los que existe una limitacin natural,
principalmente nitrgeno, el cual puede ser extrado de la atmosfera por
cianobacterias, y fsforo que suele ser el elemento limitante en la produccin
primaria de aguas continentales. Aunque el silicio, azufre y carbono tambin
pueden ser considerados que puedan limitar el crecimiento de la biomasa,
generalmente las suficientes cantidades de estos elementos evitan la
posibilidad de su limitacin.
El presente trabajo consiste en un estudio sobre la calidad del agua del
embalse Bells, situado en la Comunidad de Valencia, bajo la administracin
de la Confederacin Hidrogrfica del Jcar. Para anlisis de la calidad del
agua se realiza un estudio previo de los datos de entrada al embalse. Luego se
desarrolla un modelo matemtico de la calidad del agua en el que se
representan los procesos de eutrofizacin de aguas y la dinmica de los
contaminantes a travs de la columna de agua.
-
2
Una vez desarrollado el modelo, se calibra y se construye una nueva
herramienta para la simulacin del comportamiento de los contaminantes en
el embalse, cuya respuesta servir para la toma de decisiones de los procesos
que se presenta en el embalse de Bells.
2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO
El objetivo general del presente trabajo es estudiar la calidad del agua en el
embalse de Bells, mediante el desarrollo de un modelo matemtico de calidad
de aguas superficiales, adems se pretende alcanzar unos objetivos especficos
a lo largo del trabajo que son:
Recopilacin y anlisis de la informacin que se tiene.
Definir las concentraciones y caudales de entrada segn la informacin
disponible.
Elaboracin del modelo matemtico con la herramienta Aquatool.
Calibracin del modelo
Anlisis de sensibilidad de los resultados obtenidos.
Propuesta de alternativas, simulacin y anlisis.
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3
3. CARACTERSTICAS PRINCIPALES DEL EMBALSE DE
BELLS
3.1. Zona de estudio
El embalse de Bells se encuentra ubicado en el municipio de Bells, de la
comunidad Valenciana y est dentro del dominio de la Confederacin
Hidrogrfica del Jcar (CHJ).
El municipio de Bells est situado al norte del Valle de Albaida. La superficie
del terreno es ligeramente ondulada, a excepcin de su parte norte, donde
llega cerca de los 400 m. de altitud. El pueblo est edificado en terreno llano
entre la carretera de Xtiva-Alcoy y el ro Albaida.
El clima es templado, con inviernos fros; predomina el viento del norte que
provoca las lluvias de la primavera y otoo. El trmino municipal de Bells
limita con las siguientes localidades: Bells, Benignim, Alfarras, Benisuera,
Guadasequies, Montaberner, Poblac del Duc, Otos, Quatretonda y Sempere.
Ilustracin 1. Ubicacin Geogrfica del Embalse de Bells
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4
3.2. Caractersticas Generales de la Cuenca y el Embalse
La construccin del Embalse de Bells, se inicia en el ao 1994 sobre el cauce
del ro Albaida en una superficie de 703 ha, con una capacidad mxima de 69
hm, y profundidad media de 9.8 m. (cota MEN de 160 m.s.n.m.).
El objetivo principal de la construccin del embalse es la retencin de
avenidas y adems se utiliza parte del agua almacenada para el riego de los
sectores aledaos. La presa es de tipo gravedad; dispone de desage de fondo
(en la cota 130) y de toma inferior (cota 130) y superior (cota 140). En este
embalse confluyen las aguas de los ros Albaida, Clariano y Micena. De los tres
ros presentes, el Albaida es el ms importante en cuanto a caudal y
continuidad de rgimen, es el ro que regula el embalse. El Clariano no es un
ro muy caudaloso aunque ha presentado desbordamientos y es afluente del
Albaida. El ro receptor del curso del embalse es el ro Jcar, por la margen
derecha.
En las aguas del embalse solo se pueden encontrar una pobre poblacin de
carpa comn de pequeo tamao (200 grs.) y perca sol. En aos anteriores
tambin haba blac bass y barbo, pero por problemas de contaminacin ha
desaparecido.
Tabla 1. RIOS AFLUENTES AL EMBALSE BELLUS
RO LONGI
TUD
SUPERF
ICIE
CAUDAL
MEDIO
MUNICIPIOS QUE
ATRAVIESA
ROS
AFLUENTES
DESMBOCA
DURA
Albaida 52,3
Km
1300,
5 Km2
4,78
m3/s
Albaida, Bufali,
Montaverner,
Bells, Genovs,
Jtiva, Seera, y
Villanueva de
Castelln
Ro Clariano
y Ro
Caoles
Ro Jcar
Clariano 40 Km Onteniente, Ayelo
de Malferit,
Montaverner
Ro
Albaida
Micena Sempere
De los datos de explotacin se tienen las caractersticas principales de la presa
como son los volmenes embalsados y su correspondiente rea de ocupacin.
Los caudales que pertenecientes a las avenidas y caudales de servicio, como
son los de riego y caudales ecolgicos.
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5
Tabla 2. DATOS DEL EMBALSE Y SU CUENCA
Datos Valor Unidad de medida
Superficie de la cuenca 494 Km2 Aportacin media anual del embalse (1997-2008) 22.985 Hm3 Volumen del embalse, a cota de:
Coronacin (159)
Aliviadero central (155)
Aliviadero lateral (150)
Explotacin ordinaria en riesgo de avenida (144.50)
Explotacin restringida por la calidad del agua (130)
101.52 69.16 42.11 18.32 1.07
Hm3
Hm3
Hm3
Hm3
Hm3
Superficie anegada, a cota de:
Coronacin (159)
Aliviadero central (155)
Aliviadero lateral (150)
Explotacin ordinaria en riesgo de avenida (144.50)
Explotacin restringida por la calidad del agua (130)
918 702 506
281.13 30.31
Ha Ha Ha Ha Ha
Tabla 3. AVENIDAS
Perodo de
retorno (aos)
Caudal Max
(m3/seg)
Volumen
(Hm3)
5 306.80 9.52
10 522.00 16.10
25 871.50 26.28
50 1195.40 36.84
100 1557.10 48.00
500 2555.90 79.23
1000 3064.50 95.11
Tabla 4. CAUDALES DE SERVICIO
Tipo de Caudal Perodo Caudal Unidades
Caudal Ecolgico
Septiembre Diciembre 0.32 m3/seg
Enero Mayo 0.22 m3/seg
Junio Agosto 0.15 m3/seg
Caudal para riegos Concesin 55 L/seg
Tabla 5. VOLUMENES MXIMOS ESTACIONALES
Perodo Volumen
Hm3
Septiembre Octubre Noviembre
18.32
Diciembre 18.37
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio
Agosto 28.56
-
6
3.3. Precipitacin
El ciclo hidrolgico para los aos de estudio en el embalse Bells que
corresponde a octubre del 2000 a septiembre de 2008; presenta mayores
aportaciones en los meses de octubre, diciembre, abril, mayo y septiembre. Y
un perodo de menor aportacin correspondiente a los meses de verano, junio,
julio y agosto.
Grfico 1. Precipitacin media mensual presentada en el embalse Bells
El anlisis de la evolucin de la precipitacin en el embalse Bells, durante el
perodo, 01/10/2000 al 30/09/2008 describe aos en los que hay pocas
aportaciones de lluvia como son los aos 2005 y 2006 (0.9L/m2 medio anual),
aunque se ve compensado con el ao 2007 (2.5L/m2 medio anual) que
muestra valores de aportacin por encima de la media anual del embalse
1.52L/m2.
El comportamiento de la precipitacin es muy irregular, con das muy
marcados que sobrepasan la media mensual, como lo son, los picos de
precipitacin de mayo de 2002 y octubre de 2007, siendo los mas marcados
del perodo con 156.6L/m2 mensual y 187.4L/m2 mensual, respectivamente.
2.8
1.6
2.2
1.1
1.8
0.8
2.3
2.1
0.6
0.1
0.7
2.2
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
octubre noviembre diciembre enero febrero marzo abril mayo junio julio agosto septiembre
PRECIEPITACIN MEDIA
promedio
Precipitacin media (mm)/mes
-
7
Grfico 2. Evolucin de la precipitacin diaria de octubre de 2000 a septiembre de 2008
3.4. Problemtica Actual
La Comunidad Valenciana se caracteriza por un rgimen climtico con
irregularidad en las precipitaciones temporales y espaciales. Por ello, a pesar
del aumento registrado en los niveles de los principales embalses de los que se
abastece la Comunidad Valenciana, hay que racionalizar su uso para evitar
los problemas que se padecen en perodos de sequa.
El embalse Bells, tiene una aportacin media anual de 22.985 Hm3, pero tiene
graves problemas de contaminacin, ya que los ros que llegan al embalse
durante su recorrido atraviesa amplias zonas industriales y recibe numerosos
vertidos; dando como resultado que la calidad de sus aguas sea psima. Y por
consiguiente un incremento de la eutrofizacin de sus agua.
Las aguas en el embalse muestran un constante deterioro ya que se ha
detectado en l estados de anoxia en el hipolimnion y sobresaturacin de
oxgeno en el epilimnion, la mayor parte del ao debido al incremento del
fitoplancton (eutrofizacin). La presencia del fitoplancton tambin origina una
diferencia muy marcada de temperatura entre la superficie y el fondo.
Otro signo asociado al deterioro es la presencia de compuestos de amonio y
sulfhdricos. En general la calidad del agua del embalse no es un agua
propicia para uso agrcola o urbano sin un tratamiento previo, lo que hace
menos viable el agua para su utilizacin, ya que aumentan los gastos de
operacin de los sistemas de abastecimiento de agua por problemas de sabor y
olor principalmente.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
01/10/2000 01/10/2001 01/10/2002 01/10/2003 01/10/2004 01/10/2005 01/10/2006 01/10/2007
Prec
ipit
acio
n (L
/m2)
LLUVIA ACUMULACION DIARIA
-
8
4. INFORMACIN DISPONIBLE
Para el estudio del embalse de Bells se recopil la informacin necesaria que
mostrar la evolucin del sistema.
La aplicacin de modelos matemticos de calidad de aguas necesita de
muchos datos sobre el medio a estudiar, as que se utilizaron datos
hidrolgicos, meteorolgicos, datos de la calidad del agua en los ros que
confluyen en el embalse y datos de calidad dentro del embalse.
4.1. Informacin Meteorolgica
El Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias, IVIA ha proporcionado los
Datos meteorolgicos diarios de la estacin de Jtiva:
Temperatura media del aire (C)
Temperatura mxima del aire (C)
Temperatura mnima del aire (C)
Humedad relativa media del aire (%)
Humedad relativa mxima del aire (%)
Humedad relativa mnima del aire (%)
Radiacin solar global (w/m2)
Velocidad media viento (km/h)
Velocidad mxima del viento (km/h)
Direccin media del viento
Nmero de horas de sol
Nmero de horas fro
Precipitacin total (mm)
Evapotranspiracin de referencia, calculada mediante el mtodo de
Penman-Monteith, salvo en el caso incidencias (mm)
Los datos suministrados estn desde el 01/01/2000 hasta el 16/08/2009 y
del 01/03/2001 al 13/01/2009. La serie de datos faltantes, principalmente
los de precipitacin se tomaron de El Sistema Automtico de Informacin
Hidrolgica (SAIH) ubicado en las instalaciones del embalse.
4.2. Informacin Hidrolgica
La Confederacin Hidrogrfica del Jcar (CHJ), ha suministrado los datos
histricos del Embalses y sus series mensuales y de batimetra.
La informacin del embalse Bells se encuentra en:
Datos mensuales de Caudales de entrada, salida y volmenes
embalsados desde 01/02/1998 hasta 01/04/2008
-
9
Datos diarios de Caudales de entrada, salida y volmenes
embalsados desde 01/01/2000 hasta 01/01/2009.
Tambin se han utilizado las referencias del Sistema Automtico
de Informacin Hidrolgica (SAIH), con datos de control de los
caudales circulantes (niveles en embalses y cauces)
4.3. Informacin de la calidad de aguas
Se tienen datos de calidad de aguas determinado por los parmetros fsicos y
qumicos de las aguas de estudio. Este control de datos ha permitido obtener
el seguimiento de la calidad de las aguas y de esta manera procesar la
informacin.
Los datos de calidad pertenecen a:
Las estaciones de red integradas de Calidad de aguas, Red ICA.
Sistema Automtico de Informacin de Calidad del Agua, SAICA.
Las aguas que llegan al embalse son medidas en las ICA que estn ubicadas
sobre los ros Albaida, Clariano y Micena. Y justo aguas abajo del embalse esta
la ICA del Embalse Bells, sobre el ro Albaida.
Tabla 6. ICA UTILIZADAS PARA LOS PARAMETROS DE CALIDAD
Cdigo Nombre UTM X UTM Y Municipio Cauce
JU07950001 Montaberner 717034 4307526 Montaberner Ro Albaida
JU07950002 Puente de
Hierro 716933 4307678 Sempere
Ro
Clariano
JU07950023 Ro Micena 721614 4307743 Otos Ro Micena
JU07950007 Embalse
Bells 718671 4313712 Bells Ro Albaida
En estas estaciones de ICA se miden varios parmetros desde 01/04/1990;
de los cuales analizamos los siguientes:
-
10
Tabla 7. PAERAMETROS UTILIZADOS EN LAS ICAS
Parmetro Unidades
Temperatura C
Conductividad S/cm
Oxgeno disuelto mg/l O2
Slidos suspendidos mg/l Ss
DBO5 mg/l O2
Amonio mg/l NH4
Nitratos mg/l NO3
Fosfatos mg/l PO4
Fsforo total mg/l P
La red de estaciones automticas de Alerta S.A.I.C.A que est sobre el Ro
Albaida ubicada en el Municipio de Montaberner EAA 803 ayud a afianzar el
diagnostico sobre la calidad del ro que es uno de los puntos clave en la
modelacin ya que desde aqu se definen las caractersticas del agua a entrada
al embalse.
Tabla 8. SAICA UTILIZADA
Cdigo
Estacin Nombre Municipio Cauce
EAA803 Montaberner en
el Ro Albaida Montaberner
Ro
Albaida
Tabla 9. PAERAMETROS UTILIZADOS EN LA SAICA Montaberner EAA803
Desde Parmetro Unidades
01/01/2003 Temperatura C
01/01/2003 Conductividad S/cm
01/01/2003 Oxgeno
disuelto mg/l O2
01/01/2003 pH Unidades
pH
01/01/2003 Turbidez NTU
01/012005 Fosfatos mg/l PO4
01/01/2007 Amonio mg/l NH4
01/01/2007 Nitratos mg/l NO3
01/01/2007 DBO5 mg/l O2
4.4. Informacin de seguimiento del embalse
Para el estudio del Embalse de Bells, se utilizaron los datos mensuales de las
campaas realizadas por la Comisara de Aguas de la Confederacin
-
11
Hidrogrfica del Jcar. Las campaas anuales de muestreo para el control de
embalses que se han analizado se realizaron en los siguientes perodos de
tiempo:
ltima semana de abril y primera de mayo, coincidiendo con el final del
perodo fro, y con las explosiones fitoplanctnicas primaverales.
ltima semana de julio y primera de agosto, en pleno verano, y por
tanto, en plena estratificacin estival.
ltima semana de octubre y primera de noviembre, coincidiendo con el
perodo de mezcla tras la estratificacin estival.
ltima semana de enero y primera de febrero, en pleno invierno, pero
coincidiendo con las primeras explosiones de algas diatomeas.
Los datos que se analizaron fueron:
Temperatura del agua en el
embalse (C)
Conductividad, (S/cm)
Turbidez, unidades NTU
pH, unidades de pH
concentracin de O2, mg/l O2
Clorofila-a g/l
Algas verde azules. g/l
4.5. Informacin Limnolgica del embalse
Para el estudio Limnolgico del embalse se tienen perfiles mensuales en
diferentes puntos del embalse cola, medio y presa. Y a lo largo de la columna
de agua; desde el ao 2002. De los siguientes parmetros:
Temperatura del agua en el
embalse (C)
Conductividad, (S/cm)
pH, unidades de pH
concentracin de O2, mg/l O2
Turbidez, unidades NTU
Clorofila-a g/l
Algas verde azules. g/l
Disco Secchi, metros
Amonio, mg/l NH4
Nitrato, mg/l NO3
Nitritito, mg/l NO2
Nitrgeno kjedahl
Fosfato, mg/l PO4
Fsforo, mg/l P
Estos datos fueron proporcionados por la Confederacin Hidrogrfica del
Jcar.
-
12
5. ANLISIS DE LA CALIDAD DEL AGUA EN EL EMBALSE
BELLS
5.1. Evolucin de los volmenes, caudales de entrada y salidas de
agua del embalse
El caudal de entrada del embalse de Bells est conformado por 3 ros de
diferentes proporciones de volumen y de calidad, es de suma importancia
determinar las caractersticas hidrolgicas y limnolgicas de estos ros, ya que
son la base y punto de partida del modelo matemtico que se quiere construir.
Grfico 3. Evolucin del Caudal de entrada al embalse Bells desde el ao 2000 al 2009
El comportamiento de la grafica nos describe una hidrologa irregular, en la
que se observan unos puntos muy marcados en los primeros das de mayo de
2002, en octubre de 2007 y octubre de 2008, en promedio el caudal de
entrada al embalse est por debajo de 1 Hm3/da.
Realizando un anlisis mensual se puede observar que los datos de entrada en
el embalse arrojan valores de mayor aportaciones naturales en los meses de
octubre, diciembre, enero, abril y mayo; con valores medios de 1.39 Hm3/mes.
Tambin se compar el caudal de entrada con las aportaciones de cada ro y
se realiz un anlisis para conocer el comportamiento de cada uno de los ros
influentes en el embalse de Bells y para una mejor interpretacin de los
parmetros de calidad a estudiar.
Para una mejor interpretacin se coloca una grafica del caudal de entrada a
menor escala.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Hm
3 /di
a
CAUDAL DE ENTRADA
-
13
Grfico 4. Caudal de entrada a escala menor
Grfico 5. Caudales Instantneos medidos en las estaciones ICA de Montaberner, Puente
de Hierro y Ro Micena
Los ros Clariano y Micena a travs del ro Albaida llegan al ro Jcar. El
caudal medio del ro Clariano es de 0,34 m3/s y se observa una disminucin
de caudal en los meses de agosto. El tramo del ro Albaida tiene un caudal
medio 0,14 m3/s, como se muestra en la figura los valores estn por debajo
0
0.5
1
1.5
2
Hm
3/d
ia
CAUDAL DE ENTRADA
-
14
del que tiene el ro Clariano, al cual se unir aguas abajo. Los datos existentes
del ro Micena son insuficientes pero segn estos, tiene un aporte medio de
0,236 m3/s.
Las bajas aportaciones de caudal de cada ro confirman el caudal medio de
entrada al embalse.
Grfico 6. Evolucin del Caudal de salida del embalse Bells desde el ao 2000
Los caudales de salida estn condicionados por los criterios de explotacin del
embalse, ya que la capacidad y las pocas de riesgo de avenidas limitan las
salidas. Otro desembalse importante a tener en cuenta es el caudal destinado
a riego y a caudal ecolgico.
Los desembalses se realizan en los meses de mayo, junio, julio y octubre
donde los meses de verano coinciden con los meses de menor aporte de aguas
al embalse; el valor medio para el caudal de salida es de 1.36 Hm3.
Para una mejor interpretacin se coloca una grafica del caudal de salida a
menor escala.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Hm
3d
ia
CAUDAL DE SALIDA
-
15
Grfico 7. Caudal de salida a escala menor
Grfico 8. Evolucin del volumen embalsado
Segn el grafico puede observarse tiempos en los que el embalse se encuentra
con valores mnimos de volumen por debajo de los 5 Hm3 como son los aos
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9H
m3d
ia
CAUDAL DE SALIDA
0
5
10
15
20
25
Hm
3/d
ia
VOLIMEN EMBALSADO
-
16
de 2000 al 2001, algunos perodos del 2002, 2003, 2004, 2005 y 2006. Y
valores con volmenes por encima de los 5 Hm3 presentados en los aos 2007
y 2008 y algunos perodos de los aos 2001, 2003, 2004 y 2005. El volumen
promedio embalsado en el perodo estudiado de 2000 a 2009 es de 7.1 Hm3.
El agua se embalsa en base a criterios de riesgos de avenidas y la capacidad
del embalse, segn los datos obtenidos se almacena agua en el embalse en
mayor cantidad en las pocas del invierno y la primavera.
Otra forma de mostrar el comportamiento del embalse es la curva volumen
embalsado en relacin con la altura o cota en metros.
Grfico 9. Curva del embalse Cota en relacin al Volumen embalsado
5.2. Anlisis de los datos del Embalse de Bells
5.2.1. Calidad del agua en el embalse: Perfiles de oxgeno disuelto,
temperatura y estado actual del embalse
El anlisis de la masa de agua en el embalse permite conocer el estado actual
en el que se encuentra el embalse en relacin con la estratificacin trmica,
nivel de eutrofia, nivel de oxigenacin y presencia de sedimentos. De los datos
que se tienen de las 4 campaas anuales se concluye lo siguiente:
De los datos de nutrientes se logr determinar que el amonio presenta
bajas concentraciones en el epilimnion a lo largo del ao, pero en
primavera, verano y otoo el hipolimnion muestra concentraciones que
superan la concentracin admisible. Las concentraciones de nitratos y
nitritos son valores inferiores a los de deteccin. El nitrgeno Kjeldhal
tiene diferencias de concentraciones en la superficie y fondo, ambos
-
17
valores elevados. Las concentraciones de fsforo total y fsforo soluble
corresponden a aguas eutrofizadas.
La trasparencia del agua se ve asociada a la proliferacin de
fitoplancton y a slidos en suspensin. La mayora del ao son aguas
turbias con valores por encima de 10 NTU; y segn las mediciones del
disco de Secchi la visibilidad es escasa en todo el embalse aunque unas
pocas ms que en otras.
El anlisis de conductividad arroja valores de mineralizacin moderada,
tambin se observan diferencias entre cola, presa y superficie, fondo.
En cuanto al pH del embalse es bsico a lo largo del ao con valores por
encima de 7,5. En superficie los valores son ms bsicos con respecto
al fondo, debido a la elevada produccin primaria.
Se detecta en pocas de primavera y verano presencia de SH2 en el
fondo de la presa.
En cuanto al oxgeno disuelto se ve una estratificacin no muy definida
ya que la superficie muestra valores elevados por encima de la
saturacin, y existe oxiclina en presa y cola. En la primavera la
estratificacin se hace ms fuerte mostrando en el epilimnion valores
por encima del 100% de saturacin, y anoxia en el hipolimnion con
concentraciones de oxgeno disuelto por debajo de 1 mg/l. En la poca
de verano hay una fuerte estratificacin en el epilimnion con elevadas
concentraciones de saturacin e hipolimnion anxico con una oxiclina
muy marcada. A finales de verano en el metalimnion se presentan
aguas oxigenadas y anxicas, lo que indica el inicio de las mezclas de
aguas. En otoo el embalse esta oxigenado en superficie con
concentraciones elevadas de saturaciones debido a la produccin
primaria.
Grfico 10. Perfil de Oxgeno Disuelto,
enero 2005
Grfico 11. Perfil de Oxgeno Disuelto,
mayo 2005
-
18
Grfico 12. Perfil de Oxgeno Disuelto,
mayo 2005
Grfico 13. Perfil de Oxgeno Disuelto,
octubre 2005
El comportamiento de la temperatura en invierno, no muestra una
estratificacin trmica pero la termoclina podra aparece en los
primeros metros de profundidad en la cola del embalse. Para la
primavera, se visualiza una pequea curva en la que se da inicio a la
estratificacin por el aumento de temperatura. En la poca de verano la
estratificacin esta ms marcada que en todos los aos, luego empieza
a disminuir ya que es pequea la diferencia entre las temperaturas
superficiales y de fondo, para finales del otoo el embalse est
completamente mezclado, aunque en la presa puede haber una
estratificacin en que la diferencia entre superficie y fondo es de 2 C.
Grfico 14.Perfil de temperatura, enero
2005
Grfico 15. Perfil de temperatura, mayo
2005
-
19
Grfico 16.Perfil de temperatura, agosto
2005
Grfico 17.Perfil de temperatura, octubre
2005.
5.2.2. Calidad del agua en el embalse: Clorofila y su estado trfico
Para determinar el estado trfico del embalse, se analizaron los parmetros de
clorofila-a, la transparencia del agua a travs de la medicin de disco Secchi
en metros, la concentracin de fsforo total en el agua.
La concentracin media de la clorofila es de 102 mg/m3, en su mayora con
datos por encima de los 25 mg/m3. Exceptuando el ao 2007, en el que las
cuatros campaas registraron valores por debajo de los 22 mg/m3.
Grfico 18. Distribucin temporal de la Clorofila en el embalse Bells
-
20
Grfico 19. Distribucin temporal de la turbidez medida a travs del Disco Secchi en el
embalse Bells
En el embalse la mayora de los datos registrados superan los 25 cm de
lectura de disco Secchi con solo pocas excepciones en los meses de mayo de
2002, septiembre y noviembre de 2005.
Los grficos muestran la variacin de la concentracin de clorofila y la lectura
del disco de Secchi, donde se observa que cuanto mayor sea la concentracin
de la clorofila menor es el valor de disco Secchi.
La concentracin de clorofila a lo largo del ao presenta un comportamiento
muy variado donde se observa que la concentracin alcanza sus mayores
valores en los meses que corresponden a la primavera y al otoo, y valores de
menor concentracin en los meses de verano.
Un ltimo anlisis del embalse eutrofizado es la relacin entre los datos de
clorofila medidos y el volumen embalsado y de esta manera tener un mayor
conocimiento del problema. Considerando que el aumento de turbidez se ve
asociado a la disminucin del volumen del embalse y por lo tanto a las pocas
de menor aporte de precipitacin. Tambin se prob encontrar una relacin
entre el fsforo total y la concentracin de la clorofila y no se encontr relacin
alguna.
-
21
Grfico 20. Anlisis de la clorofila en el embalse Bells
Grfico 21. Anlisis de la clorofila y el volumen embalsado en Bells.
En funcin de la concentracin de clorofila-a, de la turbidez y el fsforo total
en el agua, el estado trfico del embalse oscila entre Hipereutrfico y
Mesotrfico a lo largo del ao. Acorde a los indicadores de OCDE y del ndice
del estado trfico de Carlson (TSI), que son los ms utilizados.
invierno primavera verano otoo
Clorofila media 95.93 106.30 70.20 114.17
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00m
g C
hla
/m
3
COMPORTAMIENTO DE LA CLOROFILA A LO LARGO DEL AO
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
invierno primavera verano otoo
COMPORTAMIENTO DE LA CLOROFILA RELACIONADO CON EL VOLUMEN
MENSUAL EMBALSADO
chla mg/m3 vol Hm3
-
22
Clasificacin del grado de eutrofia segn OCDE,
Segn los indicadores de la OCDE, el embalse presenta en estado
Hipereutrfico por la clorofila desde el ao 1998 hasta el ao 2006. Y en los
aos 2007 y 2008, se presenta en estado eutrfico. La medicin por el disco
de Secchi confirma el estado hipereutrfico del sistema. En cuanto al anlisis
por fsforo total el embalse est en estado hipereutrfico.
Tabla 10. CLASIFICACIN CERRADA PARA DETERMINAR EL GRADO DE EUTROFIA
SEGN OCDE
GRADO
EUTROFIA
CLOROFILA
(mg/m3)
PROF
SECCHI
(m)
P
(mg/m3)
Ultraoligotrfico < 1 > 12 < 4
Oligotrfico 1-2.5 12 A 6 4--10
Mesotrfico 2.5-8 6 3 10--35
Eutrfico 8 2.5 3 A 1.5 35--100
Hipereutrfico > 25 100
Clasificacin del grado de eutrofia segn CARLSON TSI (1977),
Segn el ndice de Carlson la concentracin de la clorofila presenta un
embalse en un medio entre eutrfico y mesotrfico, ya que en los meses de
invierno se convierte en mesotrfico y a en los ltimos aos es mesotrfico.
Con los valores de Disco de Secchi tambin coincidieron con un estado
eutrfico. El ndice se calculo a travs de las siguientes formulas:
]/[:
)5.2(
)(15.168.646.210)(
]/[:
)5.2(
)(46.210)(
][:
)5.2(
)(57.176.346.210)(
3
lmgPt
Ln
PtLnalFsforoTotTSI
mmgChl
Ln
ChlLnClorofilaTSI
metrosDS
Ln
DSLnchiDiscodeSecTSI
-
23
Tabla 11. NDICE DE CARLSON
ESTADO
TROFICO TSI
DISCO
DE
SECCHI
(m)
FSFORO EN
SUPERFICIE
(mg/m3)
CLOROFILA
EN
SUPERFICIE
(mg/m3)
Oligotrfico 60-90 70 0.5 96 56
Eutrfico >60-90 80 0.25 192 154
Eutrfico >60-90 90 0.12 382 427
Hipereutrfico
>90 100 0.062 768 1183
Los resultados obtenidos tal y como se observan arrojan valores muy precisos
entre el rango de 60 y 90 TSI.
Grfico 22. Aplicacin del ndice de Carlson
-
24
El fitoplancton de recuento presenta valores elevados a lo largo del ao. Es un
fitoplancton muy diverso, clorofceas flageladas, diatomeas, euglenoficeas
tambin hay cianobacterias filamentosas y otras especies menos importantes.
Al parecer en verano hay un incremento de cianobacterias siendo la poblacin
dominante con valores por encima de los que establece la OMS, Organizacin
Mundial de la Salud.
5.3. Vertidos
Las aguas que llegan al embalse de Bells, se compone de corrientes
naturales, aguas de escorrenta y vertidos de aguas residuales. Se estudia en
especial las aguas residuales ya que sus aportes de nutrientes y materia
orgnica sern determinantes en el comportamiento del sistema y en la
implicacin del estado trfico del embalse.
Los vertidos que llegan al embalse a travs de los ros Albaida y Clariano como
aguas residuales tratadas de varias estaciones depuradoras se resumen en la
siguiente tabla:
Tabla 12. EDARS QUE VIERTEN SUS AGUAS A LOS ROS QUE CONLLEVAN AL EMBALSE
DE BELLS
Estacin
depuradora de
aguas
residuales
Medio
Receptor Reutilizacin X_UTM Y_UTM
Volumen
a tratar
(m3/ao)
AIELO DE
MALFERIT
Ro
Clariano 0.00% 710,909 4,306,019 288,079
ALBAIDA Ro Albaida 100.00% 714,743 4,303,554 1,007,645
ALFARRASI Ro Albaida 0.00% 717,548 4,308,500 927,129
BENIGANIM
Barranco
de los
Olmos
0.00% 720,891 4,321,966 400,054
ONTINYENT -
AGULLENT
Ro
Clariano 19.90% 709,207 4,301,407 7,013,413
El volumen vertido a los ros es proporcional a la capacidad de tratamiento
que tiene como son el nmero de habitante equivalente y el caudal medio
diario.
-
25
Grfico 23. Datos de Funcionamiento relacin Habitantes Caudal medio diario
Los datos de la grafica son extrados de EPSAR, Entitat de Sanejament
dAiges.
La gestin de estas plantas depuradoras cumple un papel importante en la
calidad de las aguas de los ros por esto se analizaron los datos de vertidos de
las depuradoras con la Directiva 91/271/CEE, donde se dice que los
requisitos de los vertidos procedentes de instalaciones de tratamiento de
aguas residuales urbanas realizados en zonas sensibles cuyas aguas sean
eutrficas o tengan tendencia a serlo en un futuro prximo deben cumplir con
los valores de DBO5
-
26
Grfico 24. Anlisis de DBO5 en las Plantas depuradoras que vierten sus aguas los ros que
conllevan al embalse de Bells
Segn el grafico de anlisis de vertido de Nitrgeno total en los aos
2001 y 2002, ninguna de las plantas depuradoras estudiadas hacan
eliminacin de nitrgeno en su tratamiento secundario. A partir del ao
2003 las plantas de Aielo de Malferit, Albaida y Alfarras inician un
tratamiento con la eliminacin de nitrgeno total. Las plantas de
Beniganim y Ontiyent-Agullent muestran una concentracin de
nitrgeno por encima del valor permitido (25 mg/l O2, segn la
Directiva 91/271/CEE, Real Decreto 509/1996) a excepcin del ao
2008 con una disminucin de nitrgeno por parte de la planta de
Beniganim.
-
27
Grfico 25. Anlisis de Nitrgeno total en las Plantas depuradoras que vierten sus aguas
los ros que conllevan al embalse de Bells
Los vertidos de las plantas depuradoras muestran que ninguna planta
tena implementado dentro de los primeros aos la eliminacin de
fsforo ya que los valores medidos del 2001 al 2005 pasan el valor
permitido que es 2 mg/l de fsforo total.
Grfico 26. Anlisis de Fsforo total en las Plantas depuradoras que vierten sus aguas los
ros que conllevan al embalse de Bells
-
28
5.4. Anlisis de la calidad del agua de entrada al embalse
Como se mencion anteriormente para el estudio de los datos de entrada se
tenan datos de la SAICA de Montaberner y de las ICAs que pertenecen a
Monteberner, Puente de Hierro y Ro Micena. Aunque son ms los datos de las
ICAs ya que se tienen desde 1998, se prefiri tomar los datos de la SAICA, que
est justo antes del embalse y a la que fluyen las tres corrientes de los ros de
entrada al embalse. As que los datos de las ICAS fueron un complemento
para la elaboracin de una sola caracterizacin de datos de entrada desde
01/01/2000 hasta 30/09/2008.
5.4.1. Oxgeno Disuelto
Se observa la cantidad de oxgeno disuelto en el agua, ya que es un buen
indicador de cuan contaminada esta el agua. Se tiene como parmetro la
proximidad de dichas concentraciones a las concentraciones de saturacin,
dependiendo estas de la temperatura.
Grfico 27. Oxgeno Disuelto medidas en las estaciones ICA de Montaberner, Puente de
Hierro, Ro Micena y SAICA de Montaberner
Como se puede observar en la grafica los valores promedio de oxgeno disuelto
estn en el orden de 8,95 10,59 y 8,90 mg/l O2 respectivamente a las ICA
Montaberner, Puente de Hierro y Ro Micena; los valores de concentracin de
Saturacin de oxgeno disuelto para unas temperaturas medias (16.71, 18 y
15.85 C) estn entre 9.75 9.49 y 9,93 mg/l.
-
29
En el Ro Clariano, que pertenece a la ICA de Puente de Hierro presenta
concentraciones muy altas, por lo que se podra decir que se est dando un
proceso de eutrofizacin en este ro, debido a altas temperaturas y aporte de
concentraciones de nutrientes. O el oxgeno disuelto en torno a los 10 mg/l es
propio de aguas naturales no contaminadas.
Los valores medidos en la Ica de Montaberner presentan algunos valores por
debajo de 4 mg/l, lo que se podra asumir a un alto consumo de oxgeno por
degradacin de materia orgnica existente en la columna de agua.
En la SAICA el valor medio es de 8.08 mg/l O2 con una concentracin de
Saturacin de oxgeno disuelto media de 9.76 mg/l para una temperatura
media 17.33 C. Estos valores muestran un comportamiento parecido al que
describen las ICAs.
Grfico 28. Saturacin de Oxgeno calculados en las estaciones ICA de Montaberner,
Puente de Hierro, Ro Micena y SAICA Montaberner
5.4.2. Demanda Biolgica de Oxgeno - DBO5
La demanda biolgica de oxgeno es una medida aproximada de la cantidad de
materia orgnica biodegradable presente en el agua. Para aguas naturales los
valores de DBO5 normales son menores a 2 mg/l y aguas en las cuales se ha
detectado la afectacin antrpicas presentan valores por encima de 10 mg/l.
En la siguiente grafica se omitieron los valores ms altos que estaban muy
distantes de los valores medios y no permitan observan adecuadamente el
comportamiento de la demanda de oxgeno a lo largo de las 3 ICA analizadas.
-
30
Estos valores fueron 70 mg/l O2 en Puente de Hierro y 41 mg/l O2 en
Montaberner, se podra asociar estos valores a errores a la hora de medir.
Grfico 29. Concentraciones de DBO5 medidas en las Estaciones de Montaberner, Puente
de Hierro y Ro Micena.
Las concentraciones promedios de DBO5 muestran contaminacin en el agua
ya que arrojan valores puntuales muy cercanos y por encima de 10 mg/l O2.
Para el Ro Albaida (ICA Montaberner) las concentraciones de DBO5 estn en
su mayora por debajo de los 10 mg/l. y el valor medio es de 5,49 mg/l.
La estacin que pertenece al Ro Clariano (ICA Puente de Hierro) tiene un valor
medio de 5,77 mg/l O2, mostrando entre los aos 1998 y 2001 valores por
encima de la media y a partir de 2001 valores muy pequeos.
Los valores para el Ro Micena son insuficientes pero el valor medio de los
datos esta en 0,33 mg/l O2.
5.4.3. Conductividad
La conductividad en el agua es la habilidad o poder de conducir electricidad,
esta capacidad se debe a la presencia de iones en solucin en el agua, ya que
la corriente elctrica se trasporta por medio de los iones en solucin. La
relacin es directamente proporcional ya que si aumentan los iones aumenta
la conductividad.
-
31
La escala de conductividad de soluciones acuosas comienza con un valor de
0,05 S/cm (25 C) para el agua ultra pura. La conductividad de aguas
naturales como el agua potable o aguas de superficie oscila entre 100 - 1000
S/cm. En el extremo superior de la escala quedan algunos cidos y bases.
Grfico 30. Concentraciones de Conductividad medidas en las Estaciones de Montaberner,
Puente de Hierro y Ro Micena.
Como se puede ver en el grafico la conductividad en las estaciones
Monteberner y Puente de Hierro, presentan un comportamiento similar, con
valores por encima de los 1000 S/cm; con altos valores medios de
conductividad del orden de 1400 S/cm. Mientras que la estacin de Ro
Micena el valor medio es de 950 S/cm.
En cuanto a la SAICA registra un valor medio de 1153 S/cm, valor que se
considera como una alta conductividad debido a todos los vertidos que
confluyen en los ros.
5.4.4. Nitrgeno Amonio NH4 Nitratos NO3
El nitrgeno como nutriente fundamental, se analiza en forma de Amonio NH4,
y Nitratos NO3. En aguas naturales o no contaminadas las concentraciones
normales de amonio son menores a 0.1 0.2 mg/l NH4; para las
concentraciones de nitratos en aguas no contaminadas los valores no deben
sobrepasar los 5 mg/l NO3 y niveles superiores a los mencionados son
indicativos de contaminacin.
-
32
Grfico 31. Concentraciones de Amonio medidas en las ICA de Monteberner, Puente de
Hierro Ro Micena y SAICA Montaberner
Las concentraciones de amonio de entrada son del orden de 0.5 a 2 mg/l y se
observan valores de hasta 6,63 mg/l en las estaciones de Puente de Hierro y
4mg/l para Montaberner. Para la estacin de Ro Micena hay pocos datos
disponibles y con valores por debajo de 0.025 mg/l, por lo cual no sern
analizados ya que no seran representativos.
Los pocos valores de la SAICA de Montaberner arrojan un valor medio de 0.16
mg/l que solo se registran desde el 2007. De esta manera se muestra que
para los datos de entrada en su mayora se toman los datos de la ICAs, ya que
suministran ms informacin.
-
33
Grfico 32. Concentraciones de Nitratos medidas en las ICA de Monteberner, Puente de
Hierro, Ro Micena y SAICA Montaberner
Las concentraciones de nitratos reflejan valores muy altos en su mayora por
encima de los 5 mg/l. La estacin de Puente de Hierro tiene una concentracin
promedio de 33.8 mg/l, la estacin Monteberner de 18 mg/l de Nitratos y la
estacin de Ro Micena con valores de 10.56 mg/l de Nitratos.
Estas altas concentraciones de nitratos independientemente del origen de
contaminacin sabemos que llegan al agua por escorrenta o por infiltracin
en el suelo. Y las formas de contaminacin pueden ser puntuales por vertidos
no controlados, o por contaminacin difusa a travs de la infiltracin.
Estos valores a la entrada del embalse son propicios para el crecimiento de
algas y la eutrofizacin del embalse. Segn el anlisis de este parmetro se
podra decir que el ro Clariano presenta mayor concentracin de vertidos o
mayor contaminacin en relacin al ro Albaida y ro Micena.
Las pocas concentraciones registradas de nitrato en la SAICA tienen un valor
medio de 34.34 mg/l de nitrato y las pocas mediciones que hay no definen un
claro comportamiento del contaminante a lo largo del perodo de estudio.
5.4.5. Slidos Suspendidos
Al referirse a slidos suspendidos se est hablando de la materia suspendida
formada por materia orgnica e inorgnica, plancton y organismos
microscpicos. La presencia de slidos suspendidos afecta directamente la
turbidez del agua y se asocia a la hidrodinmica del ro y a los vertidos que
-
34
incidan en el. Las aguas para consumo no deben presentar slidos
suspendidos pero en aguas como canales, ros, lagos, etc. Se considera un
aspecto sucio con ms de 100mg/l de slidos suspendidos.
En la siguiente grafica se excluy el valor ms altos que estaba muy alejado de
los valores medios y no permita detallar adecuadamente el comportamiento
de los slidos (421 mg/l medido en Montaberner).
Grfico 33. Concentraciones de Slidos Suspendidos medidas en las ICA de Monteberner,
Puente de Hierro y Ro Micena.
Los valores correspondientes a los slidos suspendidos del ro Albaida (ICA de
Montaberner) son valores medios de 33,8 mg/l de slidos suspendidos, con
pocos valores por encima de 100 mg/l, los valores que estn por encima del
valor promedio se asumen a vertidos industriales.
En el ro Clariano (ICA de Puente de Hierro) el valor medio es de 21.53 mg/l y
se observa una regularidad en las concentraciones. En cuanto al ro Micena
5,5 mg/l de slidos suspendidos promedio, en los pocos datos muestreados.
5.4.6. Fsforo
Las concentraciones de fsforo en el agua se encuentran en forma orgnica e
inorgnica, ambas particulada o disuelta. El fsforo se presenta en aguas
naturales y residuales casi exclusivamente bajo la forma de fosfatos, (H3PO4,
-
35
ortofosfrico, HPO3, metafosfrico y H4P2O7, pirofosfrico), siendo el ms
importante de ellos el ortofosfato.
Grfico 34. Concentraciones de Fsforo Total medidas en las ICA de Monteberner, Puente
de Hierro y Ro Micena.
Las concentraciones promedio en las ICA son, ro Albaida (ICA Monteberner)
de 0,77 mg/l, ro Clariano (ICA Puente de Hierro) 0,48 mg/l y Ro Micena
0,024 mg/l. Segn se analiza en este grafico se podra decir que los
vertimientos con concentraciones de fsforo son mayores en el Ro Albaida, en
relacin con los ros Clariano y Micena, ya que los datos que se tienen son
mayores en el punto de estacin de dicho ro.
Tambin se observa que las concentraciones en los primeros aos analizados
en el Ro Albaida superan los 1 mg/l y van disminuyendo hasta valores por
debajo de 0.5 mg/l.
En la ICA de Puente de Hierro sobre el Ro Clariano, se analiza el
comportamiento del fsforo total en aumento para los aos 2005 al 2006 y del
2007 al 2008. Y una disminucin a finales del ao 2006 hasta finales del
2007.
Un anlisis ms de las concentraciones de fsforo presente en el agua es la
relacin de aumento de concentraciones en los meses de verano, lo que podra
decirse que son debido a regados.
-
36
Grfico 35. Concentraciones de Fosfatos medidas en las ICA de Monteberner, Puente de
Hierro Ro Micena y SAICA Montaberner.
Los fosfatos solo son se podrn evaluar en la ICA de Montaberner ya que en
las otras dos ICA faltan datos y los pocos valores que se tienen de la ICA de
Puente de Hierro y del Ro Micenas, son valores de menor concentracin con
respecto a la analizada.
Los valores de Fosfatos en la ICA de Montaberner en su mayora sobrepasan
los 1 mg/l, y tienen un valor medio de 2.1 mg/l. Adems se observa
claramente como hay un incremento en las concentraciones entre 1998 y
2000. Y una disminucin en la concentracin en los aos de 2005 al 2008.
Se analizaron las concentraciones de fosfatos medidas en mg/l Fsforo y los
valores obtenidos en la ICA de Montaberner estn en su mayora por encima
de los 0.5 mg/l de P hasta 2.3 mg/l P. y los medido en las ICA de Puente de
Hierro y Ro Micena estn por debajo de dicho valor.
Para la SAICA de Montaberner el valor medio de fosfatos es de 1.23 mg/l, este
parmetro esta medido desde el ao 2005.
-
37
Grfico 36. Concentraciones de Fosfatos en miligramo fsforo litro medidas en las ICA de
Monteberner, Puente de Hierro y Ro Micena.
-
38
6. HERRAMIENTA PARA EL DARROLLO DEL MODELO
En este tema se pretende hacer una breve descripcin de la herramienta
GESCAL utilizada para la elaboracin de la modelacin del embalse de Bells.
La herramienta GESCAL permite el desarrollo de modelos de calidad del agua
sobre modelos de simulacin de sistemas de recursos hdricos previamente
desarrollados con el mdulo SIMGES. Aunque la calidad de agua se ha
considerado en todos los posibles elementos de la modelacin de la simulacin
la modelacin de los procesos fsico qumicos y biolgicos que afectan a la
calidad se considera exclusivamente en los elementos de tramos de ro (o
canales) y embalses (o lagos). La caracterstica fundamental, de esta
herramienta, es la posibilidad de modelar tanto embalses como tramos de ro
en una misma aplicacin y de una forma integrada con el resto de elementos
del sistema. As, de esta forma, la calidad en un tramo de ro o en un embalse
no slo depende de los procesos que se producen sino tambin de la gestin
del sistema y de la calidad de los diferentes elementos que tengan relacin con
el elemento en cuestin. Los constituyentes que se pueden modelar son los
siguientes:
- Temperatura.
- Contaminantes arbitrarios
- Oxgeno disuelto y Materia Orgnica Carbonosa (MOC).
- Ciclo del nitrgeno: nitrgeno orgnico, amonio y nitratos. Y su
afeccin sobre el oxgeno disuelto.
- Eutrofizacin: ciclo del nitrgeno, fitoplancton (como clorofila-a,
fsforo orgnico e inorgnico; y su afeccin sobre el oxgeno disuelto.
6.1. Modelacin en embalses.
El programa GESCAL permite la modelacin de la calidad del agua en los
embalses con las siguientes caractersticas:
- Se ha concebido la posibilidad de modelarlos en dos capas
representando el epilimnion y el hipolimnion o como un slo
elemento de mezcla completa. Esta consideracin puede ser variable
segn el mes de simulacin.
- En los embalses se establece, de forma variable mensualmente, la
cota de la termoclina y el reparto de entradas y salidas entre ambas
capas. Adems el programa, de forma automtica, estima si el
volumen no es suficiente para que se produzca la estratificacin
trmica y la elimina.
- Cuando se modela de forma estratificada se considera la difusin
entre las dos capas.
-
39
- Debido a la variabilidad del volumen de los embalses a lo largo del
tiempo se realiza una estimacin de la calidad de forma dinmica.
- Adems se incluye, para todos los contaminantes, la posibilidad de
introducir flujos de constituyentes desde el sedimento. Esto permite
modelar demandas de oxgeno disuelto desde el sedimento, aporte de
nutrientes, etc.
Ilustracin 2. Esquema de la modelacin de la calidad en embalses
6.1.1. Formulacin general para embalses.
La estimacin de las concentraciones de cada constituyente pasa por la
resolucin de un sistema de ecuaciones diferenciales que es comn para todos
los constituyentes excepto un sumando. Este sistema de ecuaciones
diferenciales es el siguiente:
isee WCCECQCQdt
dVC
dt
dVC
dt
dCV )( 12121112/1
11
11
(1)
221121222/12
12
2 )( isee WSedCCECQCQdt
dVC
dt
dVC
dt
dCV (2)
Donde:
El subndice 1 representa el epilimnion o capa superior; el subndice
2 el hipolimnion o capa inferior;
V1 y V2 son los volmenes de las capas (m3); V es la ganancia o perdida
(si es negativo) de volumen del epilimnion sobre el hipolimnion debido
al calentamiento o enfriamiento a lo largo del mes (m3);
C1 y C2 son las concentraciones de cada capa (M/V); C1/2 es la
concentracin del hipolimnion si el incremento de volumen es negativo
y del epilimnion si es positivo (mgl-1);
Ce es la concentracin del agua de entrada (mgl-1); t representa la
variable tiempo;
Q1e y Q2e son las entradas de caudal en el intervalo de tiempo (m3t-1);
Epilimnion
Hipolimnion Entrada
Salida
-
40
Q1s y Q2s son las salidas en el intervalo de tiempo (m3t-1);
Sed es el flujo de constituyente desde el sedimento (M/T); Wi1 y Wi2 son
el conjunto de procesos de degradacin o aporte de constituyente en la
masa de agua.
E12 representa el coeficiente de dispersin entre ambas capas (m3t-1). El
cual se estima de la siguiente forma:
12
1212'
12Z
AEE (3)
Donde: E12 representa la difusin vertical (m2t-1);
o A12 es el rea entre las dos capas (m2);
o Z12 es la cota de la termoclina (m).
Para el caso de una modelacin como una sola celda completamente
mezclada la ecuacin a resolver es la siguiente:
isee WCQCQdt
dVC
dt
dCV 111
11
11 (4)
6.1.2. Hidrulica de Embalses.
Para la modelacin de un embalse en dos capas, que representan el epilimnion
y el hipolimnion, se necesita definir los siguientes datos:
- Tanto por uno de entrada al epilimnion. Definido de forma variable para
cada mes.
- Tanto por uno de salidas desde el epilimnion. Definido de forma
variable en cada mes.
- Cota de la termoclina. Definida de forma variable mes a mes.
- Evolucin del coeficiente de difusin entre capas a lo largo del ao
(mensual).
El proceso hidrulico en los embalses consta de una serie de comprobaciones
que define si la modelacin se realiza como un tanque completamente
mezclado o en dos capas. El proceso es el siguiente:
- Para cada mes si el dato de la cota de la termoclina es nulo el embalse
se modelar como un nico elemento completamente mezclado.
- Si por el contrario, la cota es superior a cero, la siguiente tarea es
comprobar si hay suficiente volumen de agua para que se produzca esta
estratificacin. Cuando los volmenes de embalse son muy bajos se
rompe la estratificacin debido a que las turbulencias inducidas por el
viento, los aportes y el vaciado. Para tener en cuenta este efecto en el
archivo de constantes se incluye un parmetro denominado coeficiente
de termoclina. Este coeficiente, introducido en tanto por uno, se
multiplica por la altura del embalse. Si la cota de la termoclina es
inferior a ese valor entonces se considera que no hay suficiente volumen
para que se produzca la estratificacin por lo que ese mes se modelar
-
41
como mezcla completa. Si por el contrario hay suficiente volumen para
que se d la estratificacin trmica, el siguiente paso es la estimacin
de los volmenes iniciales y finales de las capas del embalse. Para ello,
a partir de los datos introducidos en el modelo de simulacin de la
curva cota superficie volumen del embalse se estima la altura de la
termoclina y los volmenes del epilimnion e hipolimnion tanto a inicio
como a final de mes.
- Finalmente se hace la comprobacin de que ninguno de los volmenes
finales sean nulos. Si se da este caso se modelar como mezcla
completa.
La siguiente figura muestra un diagrama del proceso:
En la figura:
Zt hes la altura de la termoclina definida por el usuario;
Coef es el coeficiente definido como mnimo para que se produzca la
estratificacin;
H es la profundidad del embalse;
V10 es el volumen inicial del epilimnion;
V20 es el volumen inicial del hipolimnion;
V1f es el volumen final del epilimnion;
V2f es el volumen final del hipolimnion.
La modelacin de la calidad dentro de cada mes se realiza resolviendo las
ecuaciones planteadas para cada constituyente en diferenciales de tiempo.
El volumen de embalse en cada intervalo de tiempo se obtiene asumiendo una
evolucin lineal entre el volumen inicial y final de cada mes.
Debido a que la modelacin de la calidad del agua de los embalses se realiza
de forma dinmica, en los tramos de ro se consideran condiciones
Zt=0
V1f=0 V2f=0
V1f>0; V2f>0
Zt>Coef*H
Zt0
COMPROBACIN
DE TERMOCLINA
ZT>0?
CONDICIN DE
SUFICIENTE VOLUMEN
Zt>Coef*H?
ESTIMACIN DE VOLMENES
V10; V20; V1f; V2f
MODELACIN
BICAPA
MODELACIN
MEZCLA COMPLETA
Ilustracin 3. Estructura del clculo hidrulico en los embalses considerada en GESCAL
-
42
estacionarias. Por ello, una vez estimada la evolucin de la calidad del embalse
en un mes, a los tramos de ro de aguas abajo se les introduce un slo valor,
correspondiente a la media de todos los valores calculados para el embalse en
ese mes.
6.1.3. Dispersin entre capas.
El valor de la dispersin entre las dos capas puede ser estimado a travs de la
relacin propuesta por Snodgrass (1974):
1505.14
12 10*07.7 HE (5)
Donde H es la altura de la termoclina (m).
Los coeficientes establecidos por Snodgrass pueden ser modificados en el
archivo de constantes.
6.1.4. Casos particulares.
Se caracterizan como casos particulares las situaciones especiales en las que
no se resuelve las ecuaciones diferenciales para obtener las concentraciones
finales e intermedias del embalse en algn mes. Estas situaciones son:
- Volumen inicial y final de un mes nulos. En este caso se consideran las
concentraciones finales (para epilimnion e hipolimnion) nulas. Las
concentraciones parciales del epilimnion se consideran iguales a las de
las posibles entradas que pudieran haber ese mes. Las concentraciones
parciales del hipolimnion se consideran nulas
- Volumen inicial nulo y volumen final no nulo. En este caso, para el
epilimnion tanto las concentraciones parciales como las finales se
consideran iguales a las de la entrada al embalse. Para el hipolimnion
ambos tipos de concentracin se consideran nulos. El volumen final
del embalse se consideran perteneciente al epilimnion.
- Volumen inicial no nulo y volumen final nulo. En este caso las
concentraciones finales de ambas capas con nulas. Las concentraciones
parciales del epilimnion se obtienen mediante un balance de masas
entre la calidad del agua a inicio de mes y las de entrada. Para el
hipolimnion se consideran concentraciones parciales nulas.
- El pas de un mes modelado como una sola capa al siguiente mes en
donde se modelan dos capas se asumen que las dos capas comienzan el
mes con la concentracin final de la capa del mes anterior.
- Para el caso contrario, en el cual se pasa de un mes con modelacin en
dos capas a un mes con modelacin con una sola capa, la
concentracin inicial se obtiene mediante un balance de masas entre el
epilimnion y el hipolimnion.
Hay que tener en cuenta que el programa en caso de modelarse como una sola
capa se considera que est modelando el epilimnion manteniendo el
hipolimnion con valores nulos tanto en volumen como en concentracin.
-
43
6.2. Constituyentes y procesos modelados.
Los constituyentes que se pueden modelar son los siguientes: Arbitrarios
(Conductividad, Slidos suspendidos), Materia Orgnica Carbonosa, Oxgeno
disuelto, Nitrgeno orgnico, Amonio, Nitratos, Fitoplancton, Fsforo Orgnico
y Fosfatos. Como se puede ver la herramienta se ha enfocado a la modelacin
de los constituyentes ms comunes de aguas superficiales incluyendo
procesos de eutrofizacin.
A continuacin se explica para cada uno de ellos los procesos que se
consideran y sus relaciones con el resto.
6.2.1. Contaminantes arbitrarios.
Para los contaminantes arbitrarios se considera un proceso de descomposicin
modelado mediante una cintica de primer orden y un proceso de
sedimentacin de la parte particulada.
Ch
VSCKW Ti )(
20(6)
Donde:
K representa la constante de descomposicin a 20 C (da-1);
es el coeficiente por correccin de temperatura;
la sedimentacin se considera mediante un parmetro VS que representa
la velocidad de sedimentacin del constituyente (m da-1);
h es el calado del ro (m);
C representa la concentracin del contaminante en el ro (mgl-1).
Para considerar un contaminante como conservativo basta con considerar
nulos la constante de descomposicin y la velocidad de sedimentacin. Por
otra parte en los embalses que se modelen estratificado
