MONOGRAFIA-CASOS DE MODELAMIENTO DE AGUAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL – OXAPAMPA
CASOS DE MODELAMIENTO DE
AGUAS
MODELACIÓN Y SIMULACIÓN AMBIENTAL
UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL – OXAPAMPA
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FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA AMBIENTAL
CASOS DE MODELAMIENTO DE AGUAS
CURSO:
MODELACIÓN Y SIMULACIÓN AMBIENTAL
DOCENTE:
Mg. Ing. VENTOCILLA ESTRELLA, Elias Filimon
ESTUDIANTES:
•
•
•
•
•
•
•
ALLEN RODRIGUEZ, Jamil Javier
CHIMBIRI AIQUIPA, Jose Fernando
GAMBOA GONZALES, Jose Ricardo
GARCIA ALEJANDRIA, Lizardo
MONAGO TARAZONA, Dora Magaly
QUISPE LLANTAY, Jhony Carlos
VILCA JARA, Zunica
SEMESTRE: X
OXAPAMPA – PERÚ
2021
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DEDICATORIA
Dedicamos este trabajo a nuestros padres, a nuestros
docentes y a nuestros mejores amigos, que estuvieron
a nuestro lado durante esta larga caminata, con
quienes compartimos momentos de alegría, tristeza y
ansiedad.
Gracias
por
comprensión, cariño y amor
2
toda
la
paciencia,
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ÍNDICE
CAPÍTULO I ...........................................................................................................................2
GENERALIDADES DEL CORMIX ......................................................................................2
1.1.
REGULACIÓN DE LA ZONA DE MEZCLA .......................................................2
1.1.1.
Regulaciones de zona de mezcla en perú .........................................................2
1.1.2.
Regulaciones de zona de mezcla en los estados unidos ...................................2
1.2.
SELECCIÓN DE MODELO DE MEZCLA............................................................3
1.3.
HERRAMIENTAS DE PRE Y POST-PROCESAMIENTO ..................................5
1.3.1.
CorSpy ..............................................................................................................5
1.3.2.
CorJet................................................................................................................5
1.3.3.
CorVue27 .........................................................................................................5
1.3.4.
FFL ...................................................................................................................6
1.4.
DATOS DE ENTRADA ..........................................................................................6
1.4.1.
Descripción del proyecto ..................................................................................7
1.4.2.
Características del efluente ...............................................................................7
1.4.3.
Condiciones del medio receptor .......................................................................8
1.4.4.
Características del dispositivo de vertido .........................................................9
1.4.5.
Zona de mezcla ...............................................................................................12
1.4.6.
Resultados.......................................................................................................12
1.4.7.
Procesamiento.................................................................................................13
CAPÍTULO II........................................................................................................................14
CASOS DE MODELAMIENTO DE AGUAS CON CORMIX ...........................................14
1.5.
PRIMER CASO CON CORMIX 1 ........................................................................14
1.6.
SEGUNDO CASO CON CORMIX 2....................................................................20
1.7.
APLICACIÓN DE CORMIX3: DESCARGA SUPERFICIAL DE UN EFLUENTE
EN UN ESTUARIO MARINO .........................................................................................30
CONCLUSIONES.................................................................................................................42
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................43
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INDICE DE ILUSTRACIONES
Ilustración 1: Esquema de la zona de mezcla ............................................................................... 3
Ilustración 2. Pantalla de CorSpy en la que se muestra una vista tridimensional de un emisario . 5
Ilustración 3. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX ................................................................. 6
Ilustración 4. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX. La pestaña activa es “Descripción del
proyecto” ....................................................................................................................................... 7
Ilustración 5. Vista parcial de la interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es
“Características del efluente” ........................................................................................................ 7
Ilustración 6. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Condiciones del medio
receptor” ........................................................................................................................................ 8
Ilustración 7. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo
del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 1” .................................................................................. 9
Ilustración 8. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo
del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 2” ................................................................................ 10
Ilustración 9. Posibles configuraciones de descarga de CORMIX 3 respecto a la orilla ............ 11
Ilustración 10. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo
del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 3” ................................................................................ 11
Ilustración 11. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Zona de mezcla” ............... 12
Ilustración 12. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Resultados”....................... 13
Ilustración 13. Interfaz gráfica de CORMIX. Visualización de las dos posibilidades al ejecutar:
simulación directa (1) y comprobación previas y simulación (2) ............................................... 13
Ilustración 14. Vista de planta del río ......................................................................................... 15
Ilustración 15. Sección transversal del rio en el punto de vertimiento ........................................ 15
Ilustración 16. Disolución de la pluma de contaminación en nuestra área de interés de 1000 m 19
Ilustración 17. Disolución frente a la distancia corriente abajo .................................................. 19
Ilustración 18. Exceso de concentración frente a distancia corriente abajo ................................ 20
Ilustración 19. Resultados de
la modelación con CORMIX 2 para descargas acumuladas . 21
Ilustración 20. Comparación de resultados de Modelación con CORMIX 1 y CORMIX 2 para las
concentraciones del trazador descargado con difusor multipuerto y tubería de puerto simple ... 21
Ilustración 21. Vista de la base del difusor y los puertos de descarga ........................................ 25
Ilustración 22. Vista frontal de la pluma de contaminación ........................................................ 25
Ilustración 23. Vista frontal de la pluma de contaminación ........................................................ 26
Ilustración 24. Vista grillada de la pluma de contaminación ...................................................... 26
Ilustración 25. Disolución de la pluma de contaminación en nuestra área de interés de 1000 m 27
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Ilustración 26. Exceso de concentración VS. distancia corriente abajo ...................................... 27
Ilustración 27. Exceso de concentración VS. distancia de trayectoria de la línea central ........... 28
Ilustración 28. Disolución VS. distancia corriente abajo ............................................................ 28
Ilustración 29. Disolución frente a la trayectoria de la línea central en el campo cercano ......... 29
Ilustración 30. Disolución frente a la distancia corriente abajo en el campo lejano ................... 29
Ilustración 31. Isolíneas de exceso de concentración .................................................................. 30
Ilustración 32. Batimetría del estuario en la cercanía de la Planta y zona de vertimiento .......... 31
Ilustración 33. Datos oceanográficos del estuario marina ........................................................... 31
Ilustración 34. Vista de perfil del canal de descarga ................................................................... 35
Ilustración 35. Vista superficial del canal de descarga ............................................................... 36
Ilustración 36. Vista frontal de la pluma de contaminación ........................................................ 36
Ilustración 37. Vista de perfil de la pluma de contaminación ..................................................... 37
Ilustración 38. Vista superficial de la pluma de contaminación .................................................. 37
Ilustración 39. Vista grillada de la pluma de contaminación ...................................................... 38
Ilustración 40. Disolución frente a la trayectoria de la línea central en el campo cercano ......... 38
Ilustración 41. Disolución VS. distancia corriente abajo ............................................................ 39
Ilustración 42. Disolución frente a la distancia corriente abajo en el campo lejano ................... 39
Ilustración 43. Exceso de concentración VS. distancia de trayectoria de la línea central ........... 40
Ilustración 44. Exceso de concentración VS. distancia corriente abajo ...................................... 40
Ilustración 45. Isolíneas de exceso de concentración .................................................................. 41
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INTRODUCCIÓN
CORMIX es uno de los modelos de zona de mezcla más utilizados en la actualidad, se
caracteriza por su amplio rango de aplicación para distintos tipos de masas receptoras
(ríos, lagos, estuarios, aguas costeras). Este programa se ha usado con éxito en la gestión
de la calidad del agua bajo diversos marcos reguladores y destaca como una de las
herramientas más adecuadas para la evaluación de las zonas de mezcla de acuerdo con el
documento de la Comisión Europea “Orientaciones técnicas para la identificación de las
zonas de mezcla”.
CORMIX incluye distintas herramientas para la simulación del comportamiento de un
vertido en campo cercano y lejano y con todo tipo de flotabilidad del vertido (positiva,
neutra y negativa). Contiene un conjunto de subsistemas para la simulación de diferentes
configuraciones de descarga: CORMIX 1 (chorro individual), CORMIX 2 (chorros
múltiples), CORMIX 3 (vertidos directos superficiales) y D-CORMIX (vertidos
hiperdensos/sedimentos). También incluye varias opciones de pre y post-procesamiento
del ensamblaje y comprobación de los datos de entrada, para la evaluación rápida de una
gama de condiciones ambientales, por ejemplo, dispersiones variables de corriente
ambiental, y para la presentación gráfica tridimensional de los resultados de la predicción.
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CAPÍTULO I
GENERALIDADES DEL CORMIX
1.1. REGULACIÓN DE LA ZONA DE MEZCLA
La zona de regulación de mezcla o más conocida en el mundo de la investigación
como Mixing zone es un área donde los contaminantes de un punto de descarga son
mezclados, generalmente, con agua de mejor calidad. En esta área los
contaminantes van a diluirse para llegar a los niveles que establece la ley ambiental
para una correcta calidad de agua. Fuera de esta área, los niveles de contaminación
deberían tener ya estar debajo de lo permitido.
Las zonas de mezcla son utilizadas por las agencias reguladoras ambientales en
Estados Unidos, como una herramienta importante para elaboración de normas de
calidad de ajuste alto en agua de ríos, lagos y mares. Incluso con las mejores
tecnologías de tratamiento de aguas residuales, los vertidos de efluentes tratados de
PTAR a veces contienen bajos niveles de contaminantes.
La zona donde esta descarga de efluente; está autorizada por la autoridad reguladora
para mezclarse con el agua (receptor) se denomina: zona de mezcla. El cuerpo
receptor diluye el efluente en el punto de descarga, permitiendo así al efluente
diluido cumplir los requerimientos regulatorios; luego de recorrer una distancia
especifica; aguas abajo de la descarga. Sin una zona de mezcla, se podría tener
límites de inferior calidad para el cuerpo receptor basado únicamente en las
limitaciones actuales de las tecnologías de tratamiento, resultando en un descenso
general de las normas de calidad de agua.
1.1.1. Regulaciones de zona de mezcla en perú
Debido a las normas de calidad de agua requeridas por ANA para cuerpos
receptores del Perú, la zona de mezcla más probable, es aquella que debe exhibir
el cumplimiento de los ECA.
1.1.2. Regulaciones de zona de mezcla en los estados unidos
El Título 40 del código de regulaciones federales de Estados Unidos, define una
zona de mezcla como "un área limitada o volumen de agua donde tiene lugar la
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dilución inicial de una descarga y donde pueden superarse los criterios numéricos
de calidad de agua, pero deben prevenirse condiciones de toxicidad aguda".
Ilustración 1: Esquema de la zona de mezcla
En la Figura se ve un esquema de cómo se define una zona de mezcla. El Criterio
máximo de concentración (CMC) es el estándar de calidad de agua establecido
por el EPA. En esta zona, los parámetros deben cumplir las normas establecidas
porque de lo contrario representa un riesgo para la población y para el medio
ambiente marino. El criterio continuo de concentración (CCC) es la
recomendación por parte de la EPA para el máximo nivel de contaminantes que
puede existir en una zona indefinidamente.
1.2. SELECCIÓN DE MODELO DE MEZCLA
Cualquier descarga de efluente típicamente se dispersa en las aguas receptoras en
dos etapas.
•
La primera etapa es la dilución inicial como el efluente entra en las aguas
receptoras cerca de la salida (campo cercano).
•
La segunda etapa es otra dilución más lejos de la salida (campo lejano).
La mezcla en el campo cercano; está determinada por la ubicación del emisario,
diseño, características de la descarga de efluente y recepción de las características
del agua (flotación, velocidad, flujo, etc.) y la mezcla en el campo lejano; está
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determinada por la dirección y velocidad del viento; profundidad del emisario, y
posible presencia de remolinos en las aguas de ambientales.
Ningún reglamento peruano particular o decreto 48 supremo indica que se requiere
el software de modelado para definir los alcances de la zona de mezcla. No obstante,
se ha seleccionado el modelo numérico CORMIX, para evaluar la zona de mezcla
resultante de los vertidos.
Los datos de entrada en el modelo CORMIX se clasifican en cuatro categorías:
identificador de lugar, condiciones ambientales, características de la descarga y los
datos de la zona de mezcla. El identificador del lugar; describe el escenario de
simulación del modelo. Las condiciones ambientales; incluyen parámetros como
profundidad y el ancho, caudal, temperatura y velocidad del viento. Los datos de
descarga; incluyen la geometría del efluente en el punto de descarga, ubicación y
orientación del puerto de descarga, caudal efluente, concentración y densidad. Los
datos de la zona de mezcla; definen la región espacial donde se requieren las
características de la mezcla que será emitida por el emisario submarino. En esta
sección es donde se puede definir un área para delimitar el CCC.
CORMIX contiene 4 modelos base de simulación hidrodinámica y 2 modelos y de
la simulación de post-procesamiento:
•
Modelo de simulación para descargas simples o un solo difusor
(CORMIX1).
•
Modelo de simulación para multipuertos o varios difusores sumergidos
(CORMIX2).
•
Modelo de simulación para descargas en superficie flotantes. (CORMIX3).
•
Modelo de simulación para densidades muy altas y/o descargas de
sedimento de un solo difusor, multidifusores sumergidos, o descargas en
superficie laterales dentro de ambientes costeros no limitados (DHYDRO).
•
Modelo de simulación de Post-procesamiento para detalles de zona de
mezcla cercana para un solo difusor sumergido y difusores múltiples en
ambientes no limitados (CORJET).
•
Modelo de simulación de Post-procesamiento para análisis de plumas a
grandes distancias (FFL).
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1.3. HERRAMIENTAS DE PRE Y POST-PROCESAMIENTO
Entre las herramientas de pre-procesamiento disponibles en CORMIX la más
utilizada es CorSpy, mientras que entre las de post-procesamiento se pueden
destacar: CorJet, CorVue, CorSens, Corval y FFL.
1.3.1. CorSpy
La herramienta CorSpy proporciona, a partir de los datos de entrada del emisario
submarino, una imagen tridimensional del mismo, tal y como se muestra en la
siguiente figura:
Ilustración 2. Pantalla de CorSpy en la que se muestra una vista tridimensional de un emisario
1.3.2. CorJet
La herramienta de post-procesamiento CorJet permite predecir las características
de la trayectoria del chorro, así como la dilución de éste, para un solo difusor
sumergido o para difusores múltiples en ambientes no limitados.
1.3.3. CorVue27
Como ya se ha indicado, la herramienta CorVue permite visualizar en 3-D y 2-D
los procesos de zona de mezcla y el comportamiento de la pluma. Estas
visualizaciones son compatibles con todos los modelos de simulación y
clasificaciones del flujo.
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1.3.4. FFL
Otra de las herramientas que proporciona CORMIX es FFL, que permite hacer
predicciones para el campo lejano29, siempre que el flujo no sea muy irregular.
Esto se aplica siempre a una sección rectangular esquematizada. Se puede acceder
a esta herramienta desde el menú desplegable, así como desde la barra de
herramientas principal.
1.4. DATOS DE ENTRADA
La introducción de los datos de entrada se realiza a través de las siete pestañas
siguientes:
1. Project (Descripción del proyecto).
2. Effluent (Características del efluente).
3. Ambient (Condiciones del medio receptor)
4. Discharge (Características del dispositivo de vertido)
5. Mixing Zone (Zona de mezcla)
6. Output (Resultados)
7. Processing (Opciones de tratamiento de la información)
Ilustración 3. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX
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Las cinco primeras son formularios para la introducción escalonada de datos y las
dos últimas están destinadas al tratamiento de la información.
1.4.1. Descripción del proyecto
En esta primera pestaña, se determina la información básica necesaria sobre el
almacenamiento de archivos, nombre de la simulación, etc.
Ilustración 4. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX. La pestaña activa es “Descripción del proyecto”
1.4.2. Características del efluente
Esta pestaña se utiliza para especificar las propiedades del efluente.
Ilustración 5. Vista parcial de la interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del
efluente”
El tipo de contaminante seleccionado influye en los datos de entrada que se
requieren en las siguientes pestañas para ejecutar la simulación. Por ejemplo, si el
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efluente es del tipo salmuera, el programa sólo permitirá introducir
especificaciones para secciones ilimitadas.
CORMIX diferencia entre 5 tipos de contaminantes:
1. Conservativo: no sufre degradación de ningún tipo. No hay que tener en
cuenta tasas de crecimiento/decaimiento.
2. No conservativo: Contaminantes que se degradan. Es necesario especificar
el coeficiente de decaimiento o crecimiento (dia-1). Ejemplo: Elementos
radiactivos.
3. Contaminación térmica
4. Salmuera
5. Sedimentos
1.4.3. Condiciones del medio receptor
En esta pestaña se recogen los datos necesarios para caracterizar la masa de agua
receptora. Las interacciones con los límites influyen significativamente en los
procesos de mezcla, por esta razón se presentan en apartados diferentes los datos
requeridos por el programa, en función de si el medio receptor es limitado o
ilimitado.
Ilustración 6. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Condiciones del medio receptor”
8
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1.4.4. Características del dispositivo de vertido
En la pestaña de “Características del dispositivo de vertido”, están disponibles tres
opciones:
✓ Chorro individual (CORMIX 1).
✓ Chorros múltiples (CORMIX 2).
✓ Descargas superficiales (CORMIX 3).
1.4.4.1.
CORMIX 1
En la siguiente figura se representa la interfaz gráfica de CORMIX, con la
pestaña activa CORMIX 1, así también, se muestra un esquema con las
características geométricas del dispositivo de vertido y las condiciones del
ambiente, para un dispositivo de vertido de chorro individual sumergido, así
como las restricciones geométricas que se presentan para poder aplicar
CORMIX 1 a un dispositivo dado.
Ilustración 7. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo del
vertido” y la subpestaña, “CORMIX 1”
1.4.4.2.
CORMIX 2
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CORMIX 2 asume condiciones uniformes de descarga a lo largo de la línea del
difusor. Esto incluye la profundidad en las inmediaciones del punto de vertido
(HD), y los parámetros del dispositivo de vertido como el tamaño de las
boquillas, la distancia entre éstas, etc.
Ilustración 8. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo del
vertido” y la subpestaña, “CORMIX 2”
1.4.4.3.
CORMIX 3
En general, CORMIX 3 permite analizar diferentes tipos de vertidos
superficiales, desde simples canales horizontales rectangulares hasta tuberías
de sección circular, que pueden estar situados en la superficie del agua (o cerca
de ésta). Existen tres opciones para describir la configuración respecto a la
orilla:
✓ Desde la orilla.
✓ Sobresaliente respecto a la orilla.
✓ Paralelo a la orilla.
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Ilustración 9. Posibles configuraciones de descarga de CORMIX 3 respecto a la orilla
Ilustración 10. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo del
vertido” y la subpestaña, “CORMIX 3”
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1.4.5. Zona de mezcla
Ilustración 11. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Zona de mezcla”
En esta pestaña, debe especificarse:
✓ Si puede aplicarse la definición de zona de dilución tóxica (USEPA).
Cuando es aplicable esta definición, debe indicarse el valor de NCA-CMA
y NCA-MA. CORMIX comprueba que se cumpla:
o NCA-CMA45 en el límite de la zona de de dilución tóxica.
o NCA-CMA46 en el límite de la zona de mezcla regulatoria. Si existen
norma de calidad ambiental para el contaminante objeto de estudio.
✓ Si existe una zona de mezcla regulatoria. La extensión de esta zona se
puede especificar mediante la distancia al punto de vertido, la sección
transversal ocupada por la pluma o bien, mediante el ancho de la pluma.
1.4.6. Resultados
Mediante esta pestaña, el usuario puede elegir la visualización e impresión del
archivo de predicción (fn.prd).
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Ilustración 12. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Resultados”
1.4.7. Procesamiento
En esta pestaña el usuario dispone de dos opciones diferentes para ejecutar la
simulación:
1) Simulación directa: se realiza pulsando el botón “1,2,3 & RUN”.
2) Comprobaciones previas por etapas y simulación: se realiza pulsando los
botones:
o Validación de los datos de entrada.
o Cálculo de parámetros.
o Clasificación del flujo.
o 1,2,3 & RUN
Ilustración 13. Interfaz gráfica de CORMIX. Visualización de las dos posibilidades al ejecutar: simulación
directa (1) y comprobación previas y simulación (2)
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CAPÍTULO II
CASOS DE MODELAMIENTO DE AGUAS CON CORMIX
1.5. PRIMER CASO CON CORMIX 1
Se ha observado ocasionalmente la presencia de una coloración en el río por la
descarga del efluente. La posible causa es una inadecuada mezcla por la tubería
simple de descarga. Se planea mejorar el sistema de descarga para evitar este
problema. Para estudiar el comportamiento de la pluma en un tramo de interés de
1000 m, se inyecta una sustancia fluorescente a la planta de tratamiento de
efluentes.
CUERPO RECEPTOR
•
•
•
•
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•
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•
EFLUENTE
Ancho del río = 50 m
Caudal bajo 7Q10 = 8.06 m/s
La profundidad del rio varia con el caudal
en las distintas estaciones.
Caudal puntual del río = 23.7 m3/s medido
en campo durante el estudio en el punto de
vertimiento
Altura de agua a este caudal = 0.6 m
T = 20°C
Manning n = 0.03
Velocidad del viento = 2 m/s
TUBERÍA DE DESCARGA
Diámetro: 0.2 m
Distancia desde el borde izquierdo del rio:
20 m
Tubería inclinada apunta en dirección de
la corriente del rio
Angulo horizontal: 0
Angulo vertical: 0
Altura de la tubería desde el fondo del río:
0.15 m
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•
•
•
•
•
•
•
•
Caudal = 0.092 m/s
Concentración de descarga del
trazador es560 ppb
T = 22 °C
Sustancia conservativa
ZONA DE MEZCLA
No es contaminante toxico
No hay estándares
de calidad de
referencia
No hay especificaciones sobre
la zona demezcla
Zona de interés aguas abajo:
1000 m
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Ilustración 14. Vista de planta del río
En la ilustración anterior se visualiza la planta del río. Se muestran isolíneas de
descargas acumuladas en % respecto al caudal total del río. Se muestran las 4
Estaciones de control ubicadas a 200, 400, 750, and 1000 ft aguas abajo del
vertimiento.
Todas las secciones transversales muestran que el río no es uniformidad y presenta
características aluviales, con gravas y presenta una forma ondulante (Meandros).
Ilustración 15. Sección transversal del rio en el punto de vertimiento
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✓ Ingreso de datos del efluente
✓ Ingreso de datos del cuerpo receptor
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✓ Ingreso de datos de la tubería de descarga
✓ Ingreso de datos de la zona de mezcla
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✓ Ingreso de parámetros de salida
✓ Validación de datos ingresados
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✓ Resultado del estudio
Ilustración 16. Disolución de la pluma de contaminación en nuestra área de interés de 1000 m
Nota: El grafico nos muestra como la pluma de contaminación recorre nuestra área de
interés de 1000 m, así también se puede apreciar los márgenes del rio y como el centro
de nuestra pluma de contaminación concentra en mayor cantidad el contaminante vertido
al cuerpo receptor.
Ilustración 17. Disolución frente a la distancia corriente abajo
Nota: Podemos concluir a partir del grafico que después de que el contaminante recorra
cerca de 15 m corriente abajo en el cuerpo receptor, se presentara la zona de fuerte mezcla
inicial (NFR) en la cual el contaminante se empezara a diluir disminuyendo su
concentración.
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Ilustración 18. Exceso de concentración frente a distancia corriente abajo
Nota: El grafico nos muestra que inicialmente cuando se descarga el contaminante en el
cuerpo receptor presenta una mayor concentración y a medida que va recorriendo el rio
corriente abajo se diluye en el agua por lo cual disminuye su concentración.
1.6. SEGUNDO CASO CON CORMIX 2
Se usa un difusor multipuerto para mejorar la mezcla inicial del efluente con el río.
Se cambia la ubicación de la descarga a la orilla derecha para retardar el contacto
con la orilla izquierda.
CUERPO RECEPTOR
• Ancho del río = 50 m
• Caudal bajo 7Q10 = 8.06 m/s
• Altura de agua a este caudal bajo = 0.6 m
• T = 20°C
• Manning n = 0.03
• Velocidad del viento = 2 m/s
EFLUENTE
• Caudal = 0.092 m/s
• Concentración de descarga del
trazador es100 ppb
• T = 22 °C
• Sustancia conservativa
TUBERÍA DE DESCARGA
ZONA DE MEZCLA
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Descarga en la orilla derecha
Longitud del difusor unidireccional: 15 m
Numero de Boquillas: 7
Diámetro de las boquillas: 0.0635 m
Angulo GAMMA: 90
Angulo horizontal SIGMA: 0
Angulo vertical THETA: 0
Angulo vertical BETA: 90
Distancia de la orilla derecha a la
primeraboquilla: 12.5m
Distancia de la orilla derecha a la
últimaboquilla: 27.5m
Altura del puerto desde el fondo: 0.09 m
Contracción del radio: 1.0
•
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•
•
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No es contaminante toxico
No hay estándares de
calidad dereferencia
Especificaciones sobre la zona de
mezcla
Ancho de la pluma = 38% del
ancho delrio
Zona de interés aguas abajo: 1000 m
Ilustración 19. Resultados de la modelación con CORMIX 2 para descargas acumuladas
Ilustración 20. Comparación de resultados de Modelación con CORMIX 1 y CORMIX 2 para las concentraciones del
trazador descargado con difusor multipuerto y tubería de puerto simple
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✓ Ingreso de datos del efluente
✓ Ingreso de datos del cuerpo receptor
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✓ Ingreso de datos de la tubería de descarga
✓ Ingreso de datos de la zona de mezcla
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✓ Ingreso de parámetros de salida
✓ Validación de datos ingresados
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✓ Resultado del estudio
Ilustración 21. Vista de la base del difusor y los puertos de descarga
Nota: El grafico nos muestra como es el modelo de la tubería de descarga del efluente.
Ilustración 22. Vista frontal de la pluma de contaminación
Nota: El grafico nos muestra como desde la descarga del efluente la pluma de
contaminación se va diluyendo a medida que recorre el rio, así mismo, se observa que la
parte central del rio concentra en promedio 6% (6 ppb) de la concentración de la pluma
contaminante.
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Ilustración 23. Vista frontal de la pluma de contaminación
Nota: Se puede apreciar la vista lateral de la pluma de contaminación, además, después
de que el contaminante recorra aproximadamente 7.5 m corriente abajo en el cuerpo
receptor, se presentara la zona de fuerte mezcla inicial (NFR) en la cual la pluma
contaminante se empezara a diluir disminuyendo su concentración.
Ilustración 24. Vista grillada de la pluma de contaminación
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Ilustración 25. Disolución de la pluma de contaminación en nuestra área de interés de 1000 m
Nota: El grafico nos muestra como la pluma de contaminación recorre nuestra área de
interés de 1000 m, así también se puede apreciar los márgenes del rio y como el centro
de nuestra pluma de contaminación concentra en mayor cantidad el contaminante vertido
al cuerpo receptor.
Ilustración 26. Exceso de concentración VS. distancia corriente abajo
Nota: Según el grafico se puede deducir que cerca al primer metro después de la descarga
de la pluma contamínate, se disminuye su concentración y a partir de los 2 metros se logra
que el cuerpo receptor depure el contaminante siendo asintótica la presencia del mismo.
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Ilustración 27. Exceso de concentración VS. distancia de trayectoria de la línea central
Nota: El grafico nos muestra que inicialmente cuando se descarga el contaminante en el
cuerpo receptor presenta una mayor concentración y a medida que va recorriendo el rio
corriente abajo se diluye en el agua por lo cual disminuye su concentración.
Ilustración 28. Disolución VS. distancia corriente abajo
Nota: A partir del grafico podemos ver la disolución en el campo cercano, así mismo,
que después de que el contaminante recorra cerca de 7.5 m corriente abajo en el cuerpo
receptor, se presentara la zona de fuerte mezcla inicial (NFR) en la cual el contaminante
se empezara a diluir disminuyendo su concentración.
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Ilustración 29. Disolución frente a la trayectoria de la línea central en el campo cercano
Nota: Podemos apreciar que ni bien se da la descarga de la pluma de contaminación, se
empieza la disolución, también, a partir de los 3 metros se logra disminuir la
concentración de 31% del contaminante.
Ilustración 30. Disolución frente a la distancia corriente abajo en el campo lejano
Nota: El grafico nos muestra como es la disolución en nuestro campo lejano o área de
interés que es 1000m corriente abajo.
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Ilustración 31. Isolíneas de exceso de concentración
Nota: Podemos apreciar la concentración del contaminante a medida que recorre nuestra
área de interés de 1000m, por lo cual podemos concluir que cuando la pluma
contaminante recorre los 1000m, el cuerpo receptor tendrá una presencia de
contaminación de 2.42 ppb, además, se ve que el rio tiene una importante capacidad de
autodepuración ya que inicialmente se tenía 100ppb.
1.7. APLICACIÓN DE CORMIX3: DESCARGA SUPERFICIAL DE UN
EFLUENTE EN UN ESTUARIO MARINO
Una fábrica utiliza agua para su proceso a una capacidad de 2.2 m/s. Su efluente es
agua con concentraciones de Cobre de 80 ug/l a T = 20°C. La planta está ubicada
en la orilla de un estuario. La descarga del vertimiento es por medio de 1 canal.
El estuario tiene agua salobre con una concentración: 26 ppt. Las regulaciones
estatales especifican una zona de mezcla = 250 m que se extiende en cualquier
dirección desde el punto de descarga. Los valores de CMC y CCC para el cobre son
25 y 15 μg / l, respectivamente.
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Ilustración 32. Batimetría del estuario en la cercanía de la Planta y zona de vertimiento
La anterior ilustración nos muestra la batimetría del estuario en la cercanía de la
Planta y zona de vertimiento. Por la variación de la marea, la profundidad real del
canal de vertimiento variara desde 1.8 m hasta un mínimo de 0.5 m respecto a la
superficie del agua del mar, línea MHW LWS: Low water slack (Niveles bajos
del agua).
Ilustración 33. Datos oceanográficos del estuario marina
La anterior ilustración nos muestra los datos oceanográficos del estuario marina.
Muestra la elevación y velocidad de la marea. Las variaciones de nivel de agua
son con respecto a la línea MLW (Fondo del canal de descarga).
Para una primera aproximación se considerará una simulación estacionaria.
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CUERPO RECEPTOR
Profundidad del agua = 5.65 m
Profundidad en la descarga = 5.65 m
Velocidad del mar = 0.22 m/s
Coeficiente de Darcy = 0.025
Velocidad del viento = 2 m/s
Densidad del agua de mar = 1018 Kg/m3
TUBERÍA DE DESCARGA
Descarga en la orilla derecha
Descarga al ras (flush)
Profundidad de la descarga = 2.15 m
Canal rectangular. Ancho =
2 m,Profundidad = 0.65 m
Angulo horizontal SIGMA: 90
Angulo del fondo del canal = 11°
✓ Ingreso de datos del efluente
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EFLUENTE
Caudal = 2.2 m/s
Concentración de Cu en la descarga =
80ug/L
T = 22 °C
Sustancia conservativa
ZONA DE MEZCLA
Contaminante toxico
CMC = 25
CCC = 15
Especificaciones sobre la zona de
mezcla
Distancia = 250 m en todas las
direcciones
Zona de interés aguas abajo: 2000
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✓ Ingreso de datos del cuerpo receptor
✓ Ingreso de datos de la tubería de descarga
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✓ Ingreso de datos de la zona de mezcla
✓ Ingreso de parámetros de salida
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✓ Validación de datos ingresados
✓ Resultado del estudio
Ilustración 34. Vista de perfil del canal de descarga
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Ilustración 35. Vista superficial del canal de descarga
Nota: El grafico nos muestra como es el modelo del canal de descarga.
Ilustración 36. Vista frontal de la pluma de contaminación
Nota: El grafico nos muestra como desde la descarga del efluente la pluma de
contaminación se va diluyendo a medida que recorre el rio, así mismo, (CMC) es el
estándar de calidad de agua establecido por el EPA es menor a 25 por cual no representa
un riesgo para la población y para el medio ambiente marino. En cuanto al (CCC) es
mayor a 15 por lo cual supera el máximo nivel de contaminantes que puede existir en una
zona indefinidamente.
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Ilustración 37. Vista de perfil de la pluma de contaminación
Nota: Se puede que en los primeros metros de la descarga del contaminante se presenta
una concentración superior del mismo.
Ilustración 38. Vista superficial de la pluma de contaminación
Nota: Se puede apreciar la vista superficial de la pluma de contaminación, además, a
medida que el contaminante recorra aproximadamente 430 m corriente abajo en el cuerpo
receptor, se presentara la zona de fuerte mezcla inicial (NFR) en la cual la pluma
contaminante se empezara a diluir disminuyendo su concentración.
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Ilustración 39. Vista grillada de la pluma de contaminación
Ilustración 40. Disolución frente a la trayectoria de la línea central en el campo cercano
Nota: Podemos apreciar que ni bien se da la descarga de la pluma de contaminación, se
empieza la disolución.
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Ilustración 41. Disolución VS. distancia corriente abajo
Nota: A partir del grafico podemos ver la disolución en el campo cercano, así mismo,
que después de que el contaminante recorra cerca de 430 m corriente abajo en el cuerpo
receptor, se presentara la zona de fuerte mezcla inicial (NFR) en la cual el contaminante
se empezara a diluir disminuyendo su concentración.
Ilustración 42. Disolución frente a la distancia corriente abajo en el campo lejano
Nota: El grafico nos muestra como es la disolución en nuestro campo lejano o área de
interés que es 2000m corriente abajo.
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Ilustración 43. Exceso de concentración VS. distancia de trayectoria de la línea central
Nota: El grafico nos muestra que inicialmente cuando se descarga el contaminante en el
cuerpo receptor presenta una mayor concentración y a medida que va recorriendo el rio
corriente abajo se diluye en el agua por lo cual disminuye su concentración.
Ilustración 44. Exceso de concentración VS. distancia corriente abajo
Nota: Según el grafico se puede deducir que cerca al primer metro después de la descarga
de la pluma contamínate, se disminuye su concentración y a partir de los 500 metros se
logra que el cuerpo receptor depure el contaminante siendo asintótica la presencia del
mismo.
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Ilustración 45. Isolíneas de exceso de concentración
Nota: Podemos apreciar la concentración del contaminante a medida que recorre nuestra
área de interés de 2000m, por lo cual podemos concluir que cuando la pluma
contaminante recorre los 2000m, el cuerpo receptor tendrá una presencia de
contaminación de 3,80 ug/l, además, se ve que el rio tiene una importante capacidad de
autodepuración ya que inicialmente se tenía 80 ug/l.
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CONCLUSIONES
Del presente trabajo podemos concluir que en el primer caso se han observado la
presencia de una coloración en el rio por la descarga del efluente, el grafico mostrado nos
muestra como la pluma de contaminación recorre el área de interés de 1000m, además
podemos concluir que el contaminante se empieza a diluir aguas más abajo disminuyendo
su concentración. Del segundo caso de un difusor multipuerto, podemos concluir que la
pluma de contaminación se va diluyendo a medida que recorre el rio, además que se ve
una concentración promedio de 6% de contaminante, por otro lado, se puede deducir que
el cuerpo receptor logra depurar el contaminante a partir de los 2 metros, siendo asintótica
a la presencia del contaminante. Del caso 3 de una descarga superficial de un efluente en
un estuario marino, podemos concluir que el contaminante va disminuyendo a medida
que recorre el rio, además que el agua no presenta un riesgo para la población y para el
medio ambiente marino.
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BIBLIOGRAFÍA
Ramos, M. A. (2008). Determinación de los parametros oceanograficos y ambientales
para la colocacion de un emisario subfluvial en el rio guayas. Guayaquil, Ecuador.
Obtenido de https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/7797/1/D39454.pdf
DONEKER ROBERT, JIRKA GERHARD, Manual de Usuario del CORMIX
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Portland 2007
https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-10/documents/cormix-users_0.pdf
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