Modelación de la Calidad de la escorrentía usando EPA SWMM 5.0

Presentación del tema: "Modelación de la Calidad de la escorrentía usando EPA SWMM 5.0"— Transcripción de la presentación:

1 Modelación de la Calidad de la escorrentía usando EPA SWMM 5.0
Rodrigo Concha, Manuel Gómez Grupo de Investigación FLUMEN UPC

2 Introducción Efectos de la lluvia caída en medio urbano
Problemas de cantidad Problemas de calidad del agua en la red y del medio receptor En el drenatge i sanejament de les nostres ciutats s’utilitzen dos tipus de xarxes de clavegueres: les separatives i les unitàries. Les xarxes unitàries constitueixen, generalment, la part més extensa de les infraestructures ja existents, particularment en àrees urbanes ja consolidades. Les xarxes unitàries es dimensionen per recollir i conduir cap a un determinat punt la suma del cabal d’aigües residuals i de pluja, essent el volum d’aquestes últimes, en general, molt superior al d’aigües negres. En certs punt de la xarxa de sanejament es disposen dispositius (sobreeixidors) que permeten treure fora del sistema el volum d’aigua que supera cert límit (cabal màxim). Són els anomenats Combined sewer overflows (CSO). Aquest volum d’aigua extret, generalment en períodes plujosos originen problemes de contaminació que, moltes vegades, tot i els esforços per depurar les aigües residuals abans de ser abocades, han impedit assolir els objectius de qualitat desitjats en el medi receptor. En moltes ocasions, tots els èxits aconseguits en la qualitat de l’aigua mitjançant estratègies en temps sec es redueixen o anul·len per aquest fenomen. S’ha avaluat que aproximadament el 50% de la contaminació abocada al medi prové dels abocaments en temps de pluja (CSO). Aquesta contaminació aportada per les CSO pot provenir de: Aigües d’escorrentia: La contaminació de les aigües d’escorrentia prové de la contaminació atmosfèrica (l’aigua de pluja atrapa els contaminants de l’atmosfera), dels residus d’animals (aporten contaminació quan l’aigua discorre per la superfície), de la brossa (les activitats diàries dipositen sobre la superfície la contaminació que després és arrossegada per l’escorrentia), del rentat de superfícies (L’energia de les gotes al caure posen en suspensió les partícules de contaminació que són arrossegades per l’escorrentia), el trànsit (un dels efectes del trànsit, a més de l’emissió de gasos contaminants a l’atmosfera és el desgast del paviment i dels neumàtics que es dipositen en la superfície i són arrossegades per l’escorrentia), i la industria (Els residus de les activitats industrials s’emmagatzemen previ al seu transport, fraccions d’aquests residus són arrossegats per l’escorrentia).

3 Problemas de cantidad El primer objeto de atención, evitar los problemas de inundación En el drenatge i sanejament de les nostres ciutats s’utilitzen dos tipus de xarxes de clavegueres: les separatives i les unitàries. Les xarxes unitàries constitueixen, generalment, la part més extensa de les infraestructures ja existents, particularment en àrees urbanes ja consolidades. Les xarxes unitàries es dimensionen per recollir i conduir cap a un determinat punt la suma del cabal d’aigües residuals i de pluja, essent el volum d’aquestes últimes, en general, molt superior al d’aigües negres. En certs punt de la xarxa de sanejament es disposen dispositius (sobreeixidors) que permeten treure fora del sistema el volum d’aigua que supera cert límit (cabal màxim). Són els anomenats Combined sewer overflows (CSO). Aquest volum d’aigua extret, generalment en períodes plujosos originen problemes de contaminació que, moltes vegades, tot i els esforços per depurar les aigües residuals abans de ser abocades, han impedit assolir els objectius de qualitat desitjats en el medi receptor. En moltes ocasions, tots els èxits aconseguits en la qualitat de l’aigua mitjançant estratègies en temps sec es redueixen o anul·len per aquest fenomen. S’ha avaluat que aproximadament el 50% de la contaminació abocada al medi prové dels abocaments en temps de pluja (CSO). Aquesta contaminació aportada per les CSO pot provenir de: Aigües d’escorrentia: La contaminació de les aigües d’escorrentia prové de la contaminació atmosfèrica (l’aigua de pluja atrapa els contaminants de l’atmosfera), dels residus d’animals (aporten contaminació quan l’aigua discorre per la superfície), de la brossa (les activitats diàries dipositen sobre la superfície la contaminació que després és arrossegada per l’escorrentia), del rentat de superfícies (L’energia de les gotes al caure posen en suspensió les partícules de contaminació que són arrossegades per l’escorrentia), el trànsit (un dels efectes del trànsit, a més de l’emissió de gasos contaminants a l’atmosfera és el desgast del paviment i dels neumàtics que es dipositen en la superfície i són arrossegades per l’escorrentia), i la industria (Els residus de les activitats industrials s’emmagatzemen previ al seu transport, fraccions d’aquests residus són arrossegats per l’escorrentia). 3

4 Escorrentia superficial urbana
Problemas de calidad Comparación de las concentraciones de agua residual y escorrentía superficial según Suárez , 1994. Vertido en tiempo de lluvia, desde redes unitarias y redes separativas Presencia de una carga contaminante no despreciable Contaminación, aceptable o no, sobre el medio receptor Parámetro Agua residual Urbana (mg/l) Escorrentia superficial urbana SS 220 190 DBO5 11 DQO 500 85 N amoniacal 25 1,45 N total 40 3,2 P total 8 0,34 Plomo 0,11 0,21 Zinc 0,43 0,30 Aceites 100 0,4 CF (Nº/100 ml) 6430 En el drenatge i sanejament de les nostres ciutats s’utilitzen dos tipus de xarxes de clavegueres: les separatives i les unitàries. Les xarxes unitàries constitueixen, generalment, la part més extensa de les infraestructures ja existents, particularment en àrees urbanes ja consolidades. Les xarxes unitàries es dimensionen per recollir i conduir cap a un determinat punt la suma del cabal d’aigües residuals i de pluja, essent el volum d’aquestes últimes, en general, molt superior al d’aigües negres. En certs punt de la xarxa de sanejament es disposen dispositius (sobreeixidors) que permeten treure fora del sistema el volum d’aigua que supera cert límit (cabal màxim). Són els anomenats Combined sewer overflows (CSO). Aquest volum d’aigua extret, generalment en períodes plujosos originen problemes de contaminació que, moltes vegades, tot i els esforços per depurar les aigües residuals abans de ser abocades, han impedit assolir els objectius de qualitat desitjats en el medi receptor. En moltes ocasions, tots els èxits aconseguits en la qualitat de l’aigua mitjançant estratègies en temps sec es redueixen o anul·len per aquest fenomen. S’ha avaluat que aproximadament el 50% de la contaminació abocada al medi prové dels abocaments en temps de pluja (CSO). Aquesta contaminació aportada per les CSO pot provenir de: Aigües d’escorrentia: La contaminació de les aigües d’escorrentia prové de la contaminació atmosfèrica (l’aigua de pluja atrapa els contaminants de l’atmosfera), dels residus d’animals (aporten contaminació quan l’aigua discorre per la superfície), de la brossa (les activitats diàries dipositen sobre la superfície la contaminació que després és arrossegada per l’escorrentia), del rentat de superfícies (L’energia de les gotes al caure posen en suspensió les partícules de contaminació que són arrossegades per l’escorrentia), el trànsit (un dels efectes del trànsit, a més de l’emissió de gasos contaminants a l’atmosfera és el desgast del paviment i dels neumàtics que es dipositen en la superfície i són arrossegades per l’escorrentia), i la industria (Els residus de les activitats industrials s’emmagatzemen previ al seu transport, fraccions d’aquests residus són arrossegats per l’escorrentia). 4

5 Red Separativa Red separativa tradicional:
- envía la escorrentía y la carga contaminante asociada, de forma directa al medio receptor En el drenatge i sanejament de les nostres ciutats s’utilitzen dos tipus de xarxes de clavegueres: les separatives i les unitàries. Les xarxes unitàries constitueixen, generalment, la part més extensa de les infraestructures ja existents, particularment en àrees urbanes ja consolidades. Les xarxes unitàries es dimensionen per recollir i conduir cap a un determinat punt la suma del cabal d’aigües residuals i de pluja, essent el volum d’aquestes últimes, en general, molt superior al d’aigües negres. En certs punt de la xarxa de sanejament es disposen dispositius (sobreeixidors) que permeten treure fora del sistema el volum d’aigua que supera cert límit (cabal màxim). Són els anomenats Combined sewer overflows (CSO). Aquest volum d’aigua extret, generalment en períodes plujosos originen problemes de contaminació que, moltes vegades, tot i els esforços per depurar les aigües residuals abans de ser abocades, han impedit assolir els objectius de qualitat desitjats en el medi receptor. En moltes ocasions, tots els èxits aconseguits en la qualitat de l’aigua mitjançant estratègies en temps sec es redueixen o anul·len per aquest fenomen. S’ha avaluat que aproximadament el 50% de la contaminació abocada al medi prové dels abocaments en temps de pluja (CSO). Aquesta contaminació aportada per les CSO pot provenir de: Aigües d’escorrentia: La contaminació de les aigües d’escorrentia prové de la contaminació atmosfèrica (l’aigua de pluja atrapa els contaminants de l’atmosfera), dels residus d’animals (aporten contaminació quan l’aigua discorre per la superfície), de la brossa (les activitats diàries dipositen sobre la superfície la contaminació que després és arrossegada per l’escorrentia), del rentat de superfícies (L’energia de les gotes al caure posen en suspensió les partícules de contaminació que són arrossegades per l’escorrentia), el trànsit (un dels efectes del trànsit, a més de l’emissió de gasos contaminants a l’atmosfera és el desgast del paviment i dels neumàtics que es dipositen en la superfície i són arrossegades per l’escorrentia), i la industria (Els residus de les activitats industrials s’emmagatzemen previ al seu transport, fraccions d’aquests residus són arrossegats per l’escorrentia). 5

6 Red Unitaria Red unitaria tradicional:
- se producen reboses, alivios o descargas de sistemas unitarios (DSU) al medio receptor, en tiempo de lluvia - aportación de una carga contaminante del agua residual y de la contaminación arrastrada por la escorrentía, al medio receptor Composició de contaminants. La composició de la contaminació està formada per sediments, constituïts per material particulat que s’origina per l’erosió del sòl. Substàncies amb demanda d’oxigen, la matèria orgànica exerceix una demanda d’oxigen per la seva estabilització. Organismes patògens, l’aigua d’escorrentia pot contenir grans quantitats de bacteris i virus patògens. Nutrients, són substàncies químiques que estimulen el creixement d’algues i de plantes que durant la nit consumeixen l’oxigen de l’aigua. Metalls pesats, els predominants són el zinc i el plom. Aigües residuals urbanes. Les característiques de les aigües residuals urbanes en temps sec venen determinades pel tipus d’activitats que es desenvolupen dintre de la conca urbana (residencial, comercial, industrial, etc...) Arrossegament dels dipòsits acumulats en les clavegueres. Els dipòsits existents en les clavegueres i en els sistemes d’emmagatzemament de les xarxes de clavegueres s’acumulen degut a les baixes velocitats de aigua en períodes de temps sec. En un succés de pluja, es produeix la resuspensió d’aquest material dipositat en la xarxa, augmentant en les primeres etapes de la pluja la contaminació de l’aigua (first flush).

7 Determinación de la carga contaminante de las aguas residuales
Caracterización local, con datos de la EDAR en tiempo seco Datos de caudal y carga contaminante (DQO, DBO5, SS, etc) de entrada en la EDAR Definir valores medios de concentración de contaminantes en tiempo seco Per establir a partir de quin cabal es pot permetre l’abocament al medi d’aigües d’escorrentia, històricament s’ha definit un criteri de dilució. Aquest criteriestableix que les aigües residuals poden ser abocades al medi barrejades amb una certa quantitat d’aigües suposadament netes. Es poden realitzar una sèrie d’objeccions a aquest criteri des dl punt de vista de protecció del medi receptor: Les aigües de pluja contenen contaminants, amb el que l’aigua residual no es barreja amb aigua neta. El factor de dilució en el dimensionament de qualsevol sobreeixidor no és un paràmetre fix, ja que depèn de les característiques de la conca drenant, de la xarxa i del medi. Conca del riu Besòs. Actualment, la conca del riu Besòs ha solucionat el problema de la depuració de les aigües residuals que es generen en la seva conca, per tant, cal centrar tots els esforços en la reducció dels efectes de les descàrregues dels sistemes de sanejament unitaris sobre el medi.

8 Introducción de la carga contaminante de aguas residuales en EPA SWMM 5.0
Procedimiento similar al ingreso del flujo de residuales en SWMM 5.0 (External Inflows) Definir contaminantes (Pollutant editor) Agregar contaminante al flujo residual (valor medio obtenido) Patrón de variación del contaminante (horario, diario, mensual) Per establir a partir de quin cabal es pot permetre l’abocament al medi d’aigües d’escorrentia, històricament s’ha definit un criteri de dilució. Aquest criteriestableix que les aigües residuals poden ser abocades al medi barrejades amb una certa quantitat d’aigües suposadament netes. Es poden realitzar una sèrie d’objeccions a aquest criteri des dl punt de vista de protecció del medi receptor: Les aigües de pluja contenen contaminants, amb el que l’aigua residual no es barreja amb aigua neta. El factor de dilució en el dimensionament de qualsevol sobreeixidor no és un paràmetre fix, ja que depèn de les característiques de la conca drenant, de la xarxa i del medi. Conca del riu Besòs. Actualment, la conca del riu Besòs ha solucionat el problema de la depuració de les aigües residuals que es generen en la seva conca, per tant, cal centrar tots els esforços en la reducció dels efectes de les descàrregues dels sistemes de sanejament unitaris sobre el medi. 8

9 Carga contaminante asociada a las aguas pluviales
Procesos asociados a la aportación de carga contaminante en la escorrentía: Acumulación de contaminantes sobre la superficie de la cuenca en tiempo seco Lavado y arrastre de los contaminantes desde la cuenca durante eventos de precipitación Transporte de los contaminantes en la red de alcantarillado Per establir a partir de quin cabal es pot permetre l’abocament al medi d’aigües d’escorrentia, històricament s’ha definit un criteri de dilució. Aquest criteriestableix que les aigües residuals poden ser abocades al medi barrejades amb una certa quantitat d’aigües suposadament netes. Es poden realitzar una sèrie d’objeccions a aquest criteri des dl punt de vista de protecció del medi receptor: Les aigües de pluja contenen contaminants, amb el que l’aigua residual no es barreja amb aigua neta. El factor de dilució en el dimensionament de qualsevol sobreeixidor no és un paràmetre fix, ja que depèn de les característiques de la conca drenant, de la xarxa i del medi. Conca del riu Besòs. Actualment, la conca del riu Besòs ha solucionat el problema de la depuració de les aigües residuals que es generen en la seva conca, per tant, cal centrar tots els esforços en la reducció dels efectes de les descàrregues dels sistemes de sanejament unitaris sobre el medi. 9

10 Acumulación de carga contaminante en tiempo seco (build up)
Fuente de la carga contaminante de la escorrentía superficial En general, se llega a un valor máximo en el tiempo, para un tipo de uso de suelo en particular Tasa de eliminación se aproxima a la tasa de deposición con el transcurso del tiempo seco condición estática Diferentes formulaciones para representar este proceso Els objectius de la tesina són: Dimensionar, o comprovar, els dipòsits de pluja necessaris en el sistema de sanejament de Granollers per reduir l’impacte ambiental de les CSO, amb la finalitat de que aquestes no siguin causa de mortalitat entre la població piscícola del riu Congost en el tram d’estudi, i a l’hora augmentar la qualitat de l’ecosistema per permetre la vida d’espècies piscícoles d’un graó superior. Estimar la quantitat de contaminació abocada al riu des del sistema de sanejament abans i després de les actuacions previstes, a més d’obtenir relacions entre la pluja caiguda i els abocaments al medi. Permetre l’anticipació a possibles problemes futurs derivats de les CSO en presència d’espècies més sensibles que progressivament es van recuperant en el riu Besòs gràcies a l’actual regeneració de l’espai fluvial.

11 Formulaciones para la acumulación de carga contaminante (build up)
Ecuaciones tipo: Lineal Potencial Exponencial Michaelis – Menton Els objectius de la tesina són: Dimensionar, o comprovar, els dipòsits de pluja necessaris en el sistema de sanejament de Granollers per reduir l’impacte ambiental de les CSO, amb la finalitat de que aquestes no siguin causa de mortalitat entre la població piscícola del riu Congost en el tram d’estudi, i a l’hora augmentar la qualitat de l’ecosistema per permetre la vida d’espècies piscícoles d’un graó superior. Estimar la quantitat de contaminació abocada al riu des del sistema de sanejament abans i després de les actuacions previstes, a més d’obtenir relacions entre la pluja caiguda i els abocaments al medi. Permetre l’anticipació a possibles problemes futurs derivats de les CSO en presència d’espècies més sensibles que progressivament es van recuperant en el riu Besòs gràcies a l’actual regeneració de l’espai fluvial. 11

12 Lavado y arrastre de los contaminantes (washoff)
Arrastre por la precipitación Diversas formulaciones para representar este proceso Cálculo de W (carga remanente de contaminante en la cuenca) Por diferencia entre M y W, evalúa el material arrastrado Els objectius de la tesina són: Dimensionar, o comprovar, els dipòsits de pluja necessaris en el sistema de sanejament de Granollers per reduir l’impacte ambiental de les CSO, amb la finalitat de que aquestes no siguin causa de mortalitat entre la població piscícola del riu Congost en el tram d’estudi, i a l’hora augmentar la qualitat de l’ecosistema per permetre la vida d’espècies piscícoles d’un graó superior. Estimar la quantitat de contaminació abocada al riu des del sistema de sanejament abans i després de les actuacions previstes, a més d’obtenir relacions entre la pluja caiguda i els abocaments al medi. Permetre l’anticipació a possibles problemes futurs derivats de les CSO en presència d’espècies més sensibles que progressivament es van recuperant en el riu Besòs gràcies a l’actual regeneració de l’espai fluvial. 12

13 Formulaciones para el lavado y arrastre de carga contaminante (washoff)
Ecuaciones tipo: Exponencial Curva de flujo Concentración media de suceso (Event Mean Concentration EMC) Els objectius de la tesina són: Dimensionar, o comprovar, els dipòsits de pluja necessaris en el sistema de sanejament de Granollers per reduir l’impacte ambiental de les CSO, amb la finalitat de que aquestes no siguin causa de mortalitat entre la població piscícola del riu Congost en el tram d’estudi, i a l’hora augmentar la qualitat de l’ecosistema per permetre la vida d’espècies piscícoles d’un graó superior. Estimar la quantitat de contaminació abocada al riu des del sistema de sanejament abans i després de les actuacions previstes, a més d’obtenir relacions entre la pluja caiguda i els abocaments al medi. Permetre l’anticipació a possibles problemes futurs derivats de les CSO en presència d’espècies més sensibles que progressivament es van recuperant en el riu Besòs gràcies a l’actual regeneració de l’espai fluvial. 13

14 Transporte de contaminantes a través de la red
Traslado de carga contaminante en la red de alcantarillado Concentraciones varían temporalmente C(t) Obtención de los polutogramas (gráficos C(t) v/s t) Formulación de tanque de mezcla completa (CSTR) para resolver ecuación de masas Resolución utilizando valores promedios en cada paso de tiempo Els objectius de la tesina són: Dimensionar, o comprovar, els dipòsits de pluja necessaris en el sistema de sanejament de Granollers per reduir l’impacte ambiental de les CSO, amb la finalitat de que aquestes no siguin causa de mortalitat entre la població piscícola del riu Congost en el tram d’estudi, i a l’hora augmentar la qualitat de l’ecosistema per permetre la vida d’espècies piscícoles d’un graó superior. Estimar la quantitat de contaminació abocada al riu des del sistema de sanejament abans i després de les actuacions previstes, a més d’obtenir relacions entre la pluja caiguda i els abocaments al medi. Permetre l’anticipació a possibles problemes futurs derivats de les CSO en presència d’espècies més sensibles que progressivament es van recuperant en el riu Besòs gràcies a l’actual regeneració de l’espai fluvial. donde V: volumen; C: concentración de salida; Ci: concentración de entrada; Qi: caudal de entrada; Q: caudal de salida; K: coeficiente de primer grado de decrecimiento; mi: flujo másico de entrada; ∆t: intervalo de tiempo 14

15 Modelo de calidad de la escorrentía en EPA SWMM 5.0
EPA SWMM 5.0 considera los procesos de Buildup, Washoff y transporte de contaminantes en la red En primer lugar, definir contaminantes (Pollutant editor) Definir Land Uses, para considerar la variación espacial de los procesos de acumulación y lavado/arrastre Proceso de barrido de calles incorporado (Street sweeping) Reducción de carga acumulada Buildup: - Power function - Exponential function - Saturation function (Michaelis- Menton) Per dur a terme els anteriors objectius, els passos a seguir són: Construcció del model hidrològic – hidràulic del sistema amb el programa SWMM 5.0. Per a dur a terme la construcció de l’anterior model es prendrà el primer estudi realitzat amb el model MOUSE com a referència. És a dir, a falta de mesures reals del comportament del sistema en front d’un episodi de pluja, es considerarà que els resultats obtinguts amb el model MOUSE s’ajusten a la realitat del sistema. El model es calibrarà i validarà amb els resultats obtinguts amb el model MOUSE anteriorment mencionat. D’aquesta manera s’ajustaran les característiques físiques de les conques (pendent, longitud, número de corba, coeficient de Manning, etc...) fins que els resultats obtinguts amb el model SWMM 5.0 (cabal punta, volum d’escorrentiu i temps de presentació del cabal punta) coincideixen amb els del model MOUSE en cadascuna de les subconques. Amb un episodi de pluja es calibraran els anteriors paràmetres i es validaran amb altres dos episodis de pluja. Construcció, calibració i validació del model de qualitat. Per la construcció d’aquest model s’utilitzarà el mòdul de qualitat del model SWMM 5.0 i, amb les dades de contaminació d’entrada a l’Estació Depuradora d’Aigües Residuals a intervals d’una hora durant un episodi de pluja, es calibrarà i validarà el model, utilitzant dos episodis de pluja per la calibració i tres per la validació. Amb aquest model es determinaran les càrregues de contaminació abocades al medi. Construcció del model de riu. Per avaluar els efectes de les descàrregues del model de qualitat de SWMM 5.0 sobre el riu s’utilitzarà un model de riu generat a partir del mòdul de riu del model SIMPOL. Una vegada calibrats i validats els anteriors models, s’avaluarà la idoneïtat dels volums proposats pel model SIMPOL per aconseguir millorar la qualitat de l’ecosistema, mesurat amb els estàndards de qualitat de la Urban Pollution Management.

16 Modelo de calidad de la escorrentía en EPA SWMM 5.0
Washoff: - Exponential washoff - Rating curve washoff - Event Mean Concentration Definir % de Land Uses en cada elemento de subcuenca Alternativamente, seleccionar acumulación inicial o días previos sin lluvia Verificar que se modelará la propagación de los contaminantes Per dur a terme els anteriors objectius, els passos a seguir són: Construcció del model hidrològic – hidràulic del sistema amb el programa SWMM 5.0. Per a dur a terme la construcció de l’anterior model es prendrà el primer estudi realitzat amb el model MOUSE com a referència. És a dir, a falta de mesures reals del comportament del sistema en front d’un episodi de pluja, es considerarà que els resultats obtinguts amb el model MOUSE s’ajusten a la realitat del sistema. El model es calibrarà i validarà amb els resultats obtinguts amb el model MOUSE anteriorment mencionat. D’aquesta manera s’ajustaran les característiques físiques de les conques (pendent, longitud, número de corba, coeficient de Manning, etc...) fins que els resultats obtinguts amb el model SWMM 5.0 (cabal punta, volum d’escorrentiu i temps de presentació del cabal punta) coincideixen amb els del model MOUSE en cadascuna de les subconques. Amb un episodi de pluja es calibraran els anteriors paràmetres i es validaran amb altres dos episodis de pluja. Construcció, calibració i validació del model de qualitat. Per la construcció d’aquest model s’utilitzarà el mòdul de qualitat del model SWMM 5.0 i, amb les dades de contaminació d’entrada a l’Estació Depuradora d’Aigües Residuals a intervals d’una hora durant un episodi de pluja, es calibrarà i validarà el model, utilitzant dos episodis de pluja per la calibració i tres per la validació. Amb aquest model es determinaran les càrregues de contaminació abocades al medi. Construcció del model de riu. Per avaluar els efectes de les descàrregues del model de qualitat de SWMM 5.0 sobre el riu s’utilitzarà un model de riu generat a partir del mòdul de riu del model SIMPOL. Una vegada calibrats i validats els anteriors models, s’avaluarà la idoneïtat dels volums proposats pel model SIMPOL per aconseguir millorar la qualitat de l’ecosistema, mesurat amb els estàndards de qualitat de la Urban Pollution Management. 16

17 Modelo de calidad de la escorrentía en EPA SWMM 5.0
Parámetros de las ecuaciones que describen los procesos de calidad de la escorrentía deben ser determinados CON DATOS DE CAMPO Datos de campo: lluvias, caudales, y concentraciones de contaminantes Medir en: - Cuencas dentro de la red - Entrada de EDAR Sin estos datos, es imposible construir un modelo FIABLE, en términos de calidad, de nuestra cuenca Proceso de calibración y validación ¿Valores numéricos? Per dur a terme els anteriors objectius, els passos a seguir són: Construcció del model hidrològic – hidràulic del sistema amb el programa SWMM 5.0. Per a dur a terme la construcció de l’anterior model es prendrà el primer estudi realitzat amb el model MOUSE com a referència. És a dir, a falta de mesures reals del comportament del sistema en front d’un episodi de pluja, es considerarà que els resultats obtinguts amb el model MOUSE s’ajusten a la realitat del sistema. El model es calibrarà i validarà amb els resultats obtinguts amb el model MOUSE anteriorment mencionat. D’aquesta manera s’ajustaran les característiques físiques de les conques (pendent, longitud, número de corba, coeficient de Manning, etc...) fins que els resultats obtinguts amb el model SWMM 5.0 (cabal punta, volum d’escorrentiu i temps de presentació del cabal punta) coincideixen amb els del model MOUSE en cadascuna de les subconques. Amb un episodi de pluja es calibraran els anteriors paràmetres i es validaran amb altres dos episodis de pluja. Construcció, calibració i validació del model de qualitat. Per la construcció d’aquest model s’utilitzarà el mòdul de qualitat del model SWMM 5.0 i, amb les dades de contaminació d’entrada a l’Estació Depuradora d’Aigües Residuals a intervals d’una hora durant un episodi de pluja, es calibrarà i validarà el model, utilitzant dos episodis de pluja per la calibració i tres per la validació. Amb aquest model es determinaran les càrregues de contaminació abocades al medi. Construcció del model de riu. Per avaluar els efectes de les descàrregues del model de qualitat de SWMM 5.0 sobre el riu s’utilitzarà un model de riu generat a partir del mòdul de riu del model SIMPOL. Una vegada calibrats i validats els anteriors models, s’avaluarà la idoneïtat dels volums proposats pel model SIMPOL per aconseguir millorar la qualitat de l’ecosistema, mesurat amb els estàndards de qualitat de la Urban Pollution Management. 17

18 Modelo de calidad de la escorrentía en EPA SWMM 5.0
Modelación de otras cargas contaminantes asociadas a la carga sólida total en suspensión Por ejemplo, fracción de DBO5 asignada a SST: Concentraciones medidas de ambos (o más) contaminantes Per dur a terme els anteriors objectius, els passos a seguir són: Construcció del model hidrològic – hidràulic del sistema amb el programa SWMM 5.0. Per a dur a terme la construcció de l’anterior model es prendrà el primer estudi realitzat amb el model MOUSE com a referència. És a dir, a falta de mesures reals del comportament del sistema en front d’un episodi de pluja, es considerarà que els resultats obtinguts amb el model MOUSE s’ajusten a la realitat del sistema. El model es calibrarà i validarà amb els resultats obtinguts amb el model MOUSE anteriorment mencionat. D’aquesta manera s’ajustaran les característiques físiques de les conques (pendent, longitud, número de corba, coeficient de Manning, etc...) fins que els resultats obtinguts amb el model SWMM 5.0 (cabal punta, volum d’escorrentiu i temps de presentació del cabal punta) coincideixen amb els del model MOUSE en cadascuna de les subconques. Amb un episodi de pluja es calibraran els anteriors paràmetres i es validaran amb altres dos episodis de pluja. Construcció, calibració i validació del model de qualitat. Per la construcció d’aquest model s’utilitzarà el mòdul de qualitat del model SWMM 5.0 i, amb les dades de contaminació d’entrada a l’Estació Depuradora d’Aigües Residuals a intervals d’una hora durant un episodi de pluja, es calibrarà i validarà el model, utilitzant dos episodis de pluja per la calibració i tres per la validació. Amb aquest model es determinaran les càrregues de contaminació abocades al medi. Construcció del model de riu. Per avaluar els efectes de les descàrregues del model de qualitat de SWMM 5.0 sobre el riu s’utilitzarà un model de riu generat a partir del mòdul de riu del model SIMPOL. Una vegada calibrats i validats els anteriors models, s’avaluarà la idoneïtat dels volums proposats pel model SIMPOL per aconseguir millorar la qualitat de l’ecosistema, mesurat amb els estàndards de qualitat de la Urban Pollution Management. 18

19 Ejemplo: estudio de vertidos en Granollers
Vertidos en tiempo de lluvia al río Congost Objetivo: evaluar el efecto de los vertidos sobre el medio receptor Sistema de saneamiento de Granollers: Población total: hab-equ./ Industrias. Sistema unitario con 22 km de longitud. Secciones: Desde 200 mm hasta mm de diámetro. 406 pozos de la red de saneamiento y 78 aliviaderos. 115 subcuencas, Ha (31% Impermeable). Qresidual: 165 l/hab/dia. Estàndar intermitent d’oxigen dissolt. Es defineixen els valors mínims d’oxigen dissolt que no poden ser superats per un criteri de qualitat definit, per un event de pluja d’un període de retorn determinat i per una durada determinada.

20 Ejemplo: estudio de vertidos en Granollers
Construcción, calibración y validación del modelo de calidad Modelo de calidad Tasa de acumulación Lavado y arrastre de superficie Calibración y validación con datos de SS (datos horarios) a la entrada de la EDAR durante episodios de lluvia registrados Per construir el model de qualitat cal definir la funció d’acumulació de contaminació i la de rentat de superfície. Per realitzar la calibració del model de qualitat és disposa de dades horàries de paràmetres de contaminació de l’aigua que arriba a planta durant les quatre primeres hores de l’episodi de pluja, barreja de l’aigua residual i pluvial, i de l’hietograma de pluja que genera l’escorrentia. Parámetros de ajuste Acumulación: a=150 Kg/Ha; b=2.5 días Lavado y arrastre: C1= 0.072; C2= 2.5

21 Ejemplo: estudio de vertidos en Granollers
Resultados de la calibración Amb aquests paràmetres s’obtenen els següents pol·lutogrames en els que els valors mesurats són aproximadament els calculats, i en els que la tendència del pol·lutograma segueix la tendència de les mesures realitzades. És a dir, la punta del pol·lutograma es dóna en el mateix moment que la punta de contaminació mesurada.

22 Ejemplo: estudio de vertidos en Granollers
Resultados de la validación Una vegada calibrat el model, cal validar-lo. Per això s’ha utilitzat tres dies de pluja dels que es disposa dades horàries de contaminació d’entrada a l’EDAR. Els valors obtinguts han estat els següents, que com es pot veure, confirmen la bondat de l’ajust realitzat. El pol·lutograma del dia 10 d’abril de 2002 presenta un desfasament en la presentació de la punta de contaminació. Aquesta es pot explicar per un desfasament horari a l’hora de prendre les mesures de contaminació, ja que si les mesures es desplacen dues hores, aquestes s’ajusten al pol·lutograma calculat. Els pol·lutogrames del dia 14 de novembre de 2002 i del 22 d’abril de 2004 encaixen perfectament amb les mesures de planta.

23 Actuaciones ante el problema de los CSO
Posibilidad de almacenar volúmenes de escorrentía antes del vertido Almacenamiento dentro de la red Almacenamiento en depósitos

24 Almacenamiento en la red
Construcción de colectores específicos de almacenamiento Almacenamiento en la misma red, aprovechando el volumen existente

25 Almacenamiento en la red

26 Almacenamiento en depósitos
Depósitos en línea o en paralelo, para recoger la primera escorrentía

27 Ejemplo: estudio de depósito antiDSU en la ciudad de Reus
ANTECEDENTES Problemas de contaminación en cauces naturales y en la costa asociados a vertidos desde la red de alcantarillado en tiempo de lluvia Problemas derivados de aportaciones de los barrancos de cabecera en el caso de Reus

28 Esquema Reus-barranco del Escorial- barranco de Barenys-Salou
Problemática: vertidos al barranco del Escorial desde la red de alcantarillado de Reus en tiempo de lluvia Mezcla hacia el barranco de Mas Calvo Vertido desde la red de alcantarillado Flujo desde EDAR

29 Modelo numérico de la red de drenaje de Reus
Construido en EPA SWMM 5.0 Modelo de la red en términos de cantidad (caudales, volúmenes) y calidad del flujo (carga contaminante) Incorporación datos antiguos y futuras obras Diagnostico de la red para periodos de retorno de 2, 5 y 10 años

30 Modelo de calidad de Reus
Sobre el modelo de la red, se modelan los procesos acumulación de carga contaminante lavado / arrastre por la lluvia (washoff) Parámetros extraídos de cuencas urbanas similares (Granollers) Componente de agua residual caracterizada con datos de la EDAR de Reus (año 2008) Permite obtener polutogramas en cualquier punto de la red, en particular de los puntos de vertido

31 Propuesta de depósito Características básicas Área en planta: 5800 m2
Vertedero de salida, cota labio: 70.5 m Profundidad: 7.0 m (solera a 64.5 m) Obras auxiliares: Conexiones de entrada Bombeo a EDAR

32 Comportamiento del depósito: simulación continuada en SWMM 5.0
Sin depósito Con depósito Nº de eventos de precipitación 71 Nº de eventos de vertido 41 17 Total anual de volumen vertido m3 m3 Total anual de masa vertida (SS) Kg Kg Serie anual de lluvias Considerar evaporación en subcuencas Uso de herramienta estadística de EPA SWMM 5.0 Proceso de mezcla y sedimentación en el depósito (como en tanques de decantación, penalizados con un factor de seguridad)

33 Resumen y conclusiones
EPA SWMM 5.0 modela los procesos de acumulación, lavado y arrastre de carga contaminante en la cuenca Propagación de la carga contaminante en la red de alcantarillado (polutogramas) Se necesitan datos de campo (precipitaciones, concentraciones, caudales) para calibrar y validar un modelo de calidad Evaluación del sistema de drenaje en términos de simulaciones continuadas (uso de series anuales de precipitación)