UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Asignatura: Elaboración de línea base Docente: Blga. Mg. Ivon Gutierrez Flores Integrantes: José Francisco Chambe Bahamondes PRÁCTICA CALIFICADA N° 2. CÁLCULO DE LONGITUD DE LA ZONA DE MEZCLA PARA ESTABLECER PUNTO DE MUESTREO EN UN CUERPO RECEPTOR DE AGUAS RESIDUALES 1. Introducción: Diversas actividades antrópicas generan aguas residuales que deben ser tratadas antes de su evacuación en un cuerpo de agua natural. Actividades como los camales, producción de vino, actividades domésticas, pesquerías, queserías, restaurantes, entre otros, generan aguas residuales con diferentes características fisicoquímicas y biológicas. Todas estas aguas residuales, ya sea de forma directa o de forma indirecta son evacuadas a sistemas lóticos (ríos), lénticos (lagos, lagunas) o a los mares. Con fines de plantear medidas de prevención y mitigación para evitar impactos negativos significativos en los cuerpos de agua, se han desarrollado diversas normativas, como son el establecimiento de Estándares de Calidad Ambiental (ECA) o Límites Máximos Permisibles (LMP). Entonces, todas las actividades susceptibles de ocasionar cambios importantes en la calidad del cuerpo receptor, deben cumplir con los LMP de forma que los ECA del cuerpo receptor no sean alterados. Para ello, se deben hacer monitoreos periódicos tanto del efluente como del cuerpo receptor. Sin embargo, antes de iniciar los monitoreos se debe determinar la “longitud de mezcla” que es la distancia a la cual se considera que la sustancia en estudio (efluente) se ha disuelto de forma uniforme en la sección transversal del fluido, en este caso del cuerpo receptor. Determinar la longitud de mezcla sirve para determinar el área o volumen en el cuerpo natural del agua de exclusión de cumplimiento de los ECA - agua. Así mismo, al determinar hasta que distancia ocurre la mezcla del efluente en el cuerpo receptor, permite restringir actividades de aprovechamiento de agua (consumo humano, recreativas, pesca, otros) ya que no cumple con los ECA. En esta práctica, se desarrolla la metodología más ampliamente utilizada para el cálculo de la longitud de mezcla, con el fin último de mejorar las destrezas y habilidades de los estudiantes de la facultad de ingeniería ambiental. 2. Objetivos: - Analizar y aplicar metodologías que existen para calcular la longitud de mezcla, según la zona de evacuación del efluente. - Analizar y discutir cómo afectan las diferentes características de los ríos en la longitud de mezcla. - Establecer puntos de muestreo en función de la longitud de la zona de mezcla 3. Metodología Se presenta las fórmulas para cálculo de zona de mezcla en un río, a partir del cual cada estudiante debe desarrollar los ejercicios propuestos. 3.1. Método simplificado desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (USEPA) (para un vertimiento en la orilla del río o quebrada). 𝐋𝐙𝐝𝐌 (𝐖𝐦𝐢𝐧)𝟐 𝐮 = 𝟐𝛑𝐃𝐲 Dónde: LZdM: Longitud de la zona de mezcla en metros, Wmin: Ancho (m) del río aguas abajo del vertimiento en temporada de estiaje, u: Velocidad de flujo promedio (m/s) del río aguas abajo del vertimiento en temporada de estiaje, Dy:Coeficiente de dispersión lateral aguas abajo del vertimiento en temporada de estiaje. 𝐃𝐲 = 𝐜𝐝𝐮 ∗ Dónde: Dy=Coeficiente de dispersión lateral aguas abajo del vertimiento en temporada de estiaje, c = Factor de irregularidad del cauce, d: Profundidad promedio (m) del río aguas abajo del vertimiento en temporada de estiaje, u*: Velocidad de corte en metros por segundo. c = 0,1 para ríos rectos con cauce rectangular c = 0,3 para ríos canalizados c = 0,6 para cauces naturales con serpentear moderado c = 1,0 para cauces naturales con serpentear significante c > 1,0 para ríos con cambios de dirección bruscos de 90° o mayor 𝐮 ∗= √𝐠𝐝𝐬 Dónde: g=aceleración de la gravedad (9.80665m*s2), s=Pendiente del cauce aguas abajo del vertimiento (m/m). Estudio caso: El camal “EL Gordito” durante su funcionamiento generará aguas residuales con determinadas características. Por ello, deberá instalar su planta de tratamiento a fin de recudir sus contaminantes. Al término de su tratamiento, las aguas residuales tratadas serán evacuadas a un río. Para tal efecto, tiene varias alternativas (varios ríos al cual evacuar). Entonces, se deberá calcular la longitud de mezcla de cada río, a fin de establecer el punto de muestreo y monitoreo del agua una vez que funcione el camal. A continuación se presentan los datos de los ríos: Cuadro 1. Características de los ríos en los cuáles se evacuará el agua residual tratada Cuerpo receptor Ancho del cuerpo de agua (W) m Velocidad de flujo promedio (u) m/s Factor de irregularidad de cauce (c) Profundidad promedio en estiaje (d) m Pendiente del cauce (s) m/m Río A Río B Río C Río D Río E Río F Río G Río H Río I 9.6 1.8 11.5 13 18.5 12.5 1.8 11.5 13 0.55 0.4 0.6 0.45 0.25 0.45 0.4 0.6 0.45 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.3 0.3 0.6 0.68 0.3 0.62 0.3 0.34 0.35 0.3 0.62 1.5 0.0563 0.025 0.008 0.0302 0.0403 0.023 0.025 0.008 0.0302 Río J 18.5 0.25 0.6 2.34 0.0403 Datos modificados el EIA hecho por Walsh Perú S.A. 2014 3.2. Método simplificado desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (USEPA) (para un vertimiento en el centro del río o quebrada) 𝐋𝐙𝐝𝐌 (𝐖𝐦𝐢𝐧)𝟐 𝐮 = 𝟖𝛑𝐃𝐲 Estudio caso: Con los datos del Cuadro 1, calcular la longitud de mezcla, considerando que la evacuación será en la parte central del río. Responder a las siguientes preguntas: Luego de calcular la zona de mezcla según métodos 3.1 y 3.2, responder a las siguientes preguntas: a. ¿Cambia la longitud de mezcla cuando el efluente se evacúa en la parte central o a orillas del río? ¿Cómo? b. ¿cómo afecta el ancho del río en la longitud de mezcla? Observar ríos B y C, G y H. c. ¿cómo afecta el factor de irregularidad del cauce? Observar ríos I y J. d. ¿A qué distancia en relación a la zona de vertimiento, debe ser establecido el punto de muestreo de agua? e. ¿Cuáles son los parámetros que deberían ser monitoreados? f. Si 200 m aguas debajo de cada río otra actividad que también evacúa sus aguas residuales ¿A qué distancia tendría que realizarse el monitoreo? 3.3. Resultados Método simplificado desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (USEPA) (para un vertimiento en la orilla del río o quebrada). Cuerpo receptor Ancho del cuerpo de agua (W) m Velocidad de Factor de Profundidad Pendiente flujo irregularidad promedio en del cauce (s) promedio (u) de cauce (c) estiaje (d) m m/m m/s Río A 9.6 0.55 0.6 0.68 0.0563 Río B 1.8 0.4 0.6 0.3 0.025 Río C 11.5 0.6 0.6 0.62 0.008 Río D 13 0.45 0.6 0.3 0.0302 Río E 18.5 0.25 0.6 0.34 0.0403 Río F 12.5 0.45 0.6 0.35 0.023 Río G 1.8 0.4 0.3 0.3 0.025 Río H 11.5 0.6 0.3 0.62 0.008 Río I 13 0.45 0.6 1.5 0.0302 Río J 18.5 0.25 0.6 2.34 0.0403 Coeficiente Longitud Velocidad de de de de Corte (u) dispersión zona de m/s lateral (Dy) mezcla m2/s (Ldzm) m 0.61283 0.27125 0.22058 0.29813 0.36663 0.28102 0.27125 0.22058 0.66663 0.96182 0.25004 0.04882 0.08206 0.05366 0.07479 0.05901 0.02441 0.04103 0.59997 1.3504 32.26 4.22 153.90 225.55 182.07 189.63 8.45 307.81 20.17 10.08 Método simplificado desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (USEPA) (para un vertimiento en la zona central del río). Cuerpo receptor Ancho del cuerpo de agua (W) m Velocidad de Factor de Profundidad Pendiente flujo irregularidad promedio en del cauce (s) promedio (u) de cauce (c) estiaje (d) m m/m m/s Río A 9.6 0.55 0.6 0.68 0.0563 Río B 1.8 0.4 0.6 0.3 0.025 Río C 11.5 0.6 0.6 0.62 0.008 Río D 13 0.45 0.6 0.3 0.0302 Río E 18.5 0.25 0.6 0.34 0.0403 Río F 12.5 0.45 0.6 0.35 0.023 Río G 1.8 0.4 0.3 0.3 0.025 Río H 11.5 0.6 0.3 0.62 0.008 Río I 13 0.45 0.6 1.5 0.0302 Río J 18.5 0.25 0.6 2.34 0.0403 Coeficiente Longitud Velocidad de de de de Corte (u) dispersión zona de m/s lateral (Dy) mezcla m2/s (Ldzm) m 0.61283 0.27125 0.22058 0.29813 0.36663 0.28102 0.27125 0.22058 0.66663 0.96182 0.25004 0.04882 0.08206 0.05366 0.07479 0.05901 0.02441 0.04103 0.59997 1.3504 a. ¿Cambia la longitud de mezcla cuando el efluente se evacúa en la parte central o a orillas del río? ¿Cómo? La Ldzm cuando el vertimiento es en la parte central del río es menor a la Ldzm de la orilla. , debido a que las condiciones hidrodinámicas (turbulencia, etc.) de esta parte central son mucho más favorables para la disolución de las aguas residuales del camal “El Gordito” además infiero que la vegetación en las orillas del rio donde se hace el vertimiento es impedimento para la disolución de las aguas residuales. También se infiere que mientras mayor sea el ancho del río será más notoria la diferencia. b. ¿cómo afecta el ancho del río en la longitud de mezcla? Observar ríos B y C, G y H. Se observa que el ancho del rio es una factor considerable para la longitud de mezcla mientras el ancho del rio sea menor la Longitud de zona de mezcla será menor y mientras el ancho del rio sea mayor la Ldzm será mayor por lo tanto es directamente proporcional. c. ¿Cómo afecta el factor de irregularidad del cauce? Observar ríos I y J. Comparando el RÍO C y el RIO H se observa que la única diferencia de estos es su factor de irregularidad del cauce, donde se concluye que mientras este factor sea menor la Ldzm será mayor y viceversa. 8.07 1.06 38.48 56.39 45.52 47.41 2.11 76.95 5.04 2.52 d. ¿A qué distancia en relación a la zona de vertimiento, debe ser establecido el punto de muestreo de agua? Los puntos de control de cumplimiento de los ECA Agua estarán ubicados en el límite de la zona de mezcla en el cuerpo receptor en este caso dependerá del Río que se elija para el vertimiento además si el vertimiento se realizó en la orilla del río el muestreo deberá hacerse en la orilla de igual forma si el vertimiento fue en la zona central. e. ¿Cuáles son los parámetros que deberían ser monitoreados? El camal “El Gordito” pertenece a la “Ganadería intensiva e instalaciones de sacrificio” y al ser el cuerpo receptor de sus agua un RÍO los parámetros a monitorear serían : pH, Temperatura, Ácidos y Grasas, Coliformes Termo tolerantes, DBO5, Solidos Suspendidos Totales , Fosforo (L), Nitrógeno total(L). f. Si 200 m aguas debajo de cada río otra actividad que también evacúa sus aguas residuales ¿A qué distancia tendría que realizarse el monitoreo? Solo ocurriría problema en los ríos D y H en la zona de vertimiento en la orilla en este caso deberá monitorear antes de los 200 m y además establecer un punto de monitoreo adicional en cada tributario antes de la confluencia con el cuerpo receptor, con la finalidad de cuantificar su aporte.
