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Modelos de simulación hidrológicos


Fuentes de contaminación de las aguas subterráneas y superficiales

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Introducción a los modelos de simulación de hidrología superficial

La necesidad de considerar el ciclo hidrológico como una unidad y el muy distinto tratamiento que merecen por razones obvias los distintos procesos que lo conforman, especialmente en lo referente a las diferencias entre el ciclo hidrológico de superficie y el ciclo hidrológico subterráneo, suele motivar que en estudios de sistemas medianamente complejos sea precisa la utilización de baterías de modelos, más que el empleo de modelos únicos. Es así frecuente la combinación de modelos de hidrología de superficie que determinan sobre los cauces del área de estudio los niveles hidráulicos y concentraciones químicas alcanzados en cada tramo para distintas hipótesis con modelos de hidrología subterránea que integran las conexiones río-acuífero y sus implicaciones sobre la piezometría y la calidad del agua subterránea. Revisaremos brevemente algunas de las aplicaciones de hidrología superficial disponibles en la actualidad, poniendo de manifiesto sus posibilidades y limitaciones.

Modelos de flujo

Debido a la tradición histórica más dilatada y, esencialmente, a la política de precios públicos aplicada a los programas comercializados, las aplicaciones más extendidas y utilizadas y, por ende, las más contrastadas y fiables, son las desarrolladas por distintas instancias de la Administración americana: Agencia de Protección Ambiental (EPA, Environmental Protection Agency), Centro de Ingeniería Hidráulica (HEC, Hydrologic Engineering Center), etc. Entre los modelos de hidrología de superficie, los más extendidos en relación al flujo son precisamente los que constituyen la familia de programas HEC (HEC-1, HEC-2 y las revisiones más actuales de estos mismos programas). El primero de ellos es un modelo que analiza el proceso precipitación-escorrentía. En función de los datos climatológicos de la cuenca y de sus características fisiográficas, entre otros parámetros, el programa determinada los caudales que escurren en superficie y los que se infiltran, permitiendo identificar adecuadamente estas dos componentes del ciclo hidrológico que tanta trascendencia tienen desde el punto de vista agrícola. El programa HEC-2, por su parte, utiliza los caudales calculados por el HEC-1 y procede a trasladar el mismo a través de los cauces, determinando en cada tramo de ellos las cotas hidráulicas alcanzadas (curvas de remanso). Los resultados que brindan estos programas constituyen datos de entrada esenciales tanto para los modelos de calidad de aguas superficiales como para los mismos modelos de flujo y calidad de aguas subterráneas. Aún cuando las más recientes versiones del modelo MODFLOW, que comentaremos más adelante, incorporan la posibilidad de modelizar este tipo de comportamiento, en los casos en los que se requiere una mayor precisión es conveniente recurrir al empleo de estas herramientas al contemplar de modo más precisos el funcionamiento hidráulico

Modelos de transporte o de calidad

En materia de calidad de aguas superficiales, el referente es el programa QUAL2 de la EPA, con las variaciones que sobre la misma base han realizado con posterioridad otros organismos y empresas. El modelo QUAL2EU permite simular la evolución de la calidad del agua en sistemas hidráulicos dendríticos. El modelo fue inicialmente desarrollado en 1970 por la EPA y desde entonces se han realizado diversas versiones, de las cuales la última y más destacable se caracteriza por haber adoptado determinadas funciones específicamente diseñadas para contemplar la casuística hidráulica de la Comunidad de Madrid, y en particular la abrupta variación de cotas altimétricas que es frecuente observar en los cauces de los ríos de la región en distancias relativamente cortas. El modelo permite la simulación conjunta de la calidad de hasta 15 parámetros físicoquímicos distintos, entre los cuales se encuentran los siguientes:

  • Oxígeno disuelto
  • Demanda Bioquímica de Oxígeo (DBO)
  • Temperatura
  • Algas como clorofila A
  • Nitrógeno como nitrógeno orgánico
  • Nitrógeno como amonio
  • Nitrógeno como nitritos
  • Nitrógeno como nitratos
  • Fósforo como fósforo orgánico
  • Fósforo como fósforo disuelto
  • Coliformes
  • Un constituyente arbitrario no conservativo
  • Hasta tres constituyentes arbitrarios conservativos

Para la modelización del sistema hidráulico, éste se divide en tramos de idénticas características hidráulicas y cada uno de dichos tramos se divide a su vez en elementos de cálculo. Como datos de entrada se debe suministrar al programa información de los caudales que circulan por cada tramo, las eventuales aportaciones y detracciones que tengan lugar con inclusión de su calidad físico-química (bien sean puntuales o distribuidas de manera uniforme a lo largo del cauce) así como una serie de parámetros variables dependientes de los comportamientos y/o situaciones hidroquímicas que se desee simular. El modelo tiene en cuenta las interrelaciones que pueden existir entre cada uno de los componentes o comportamientos simulados y considera igualmente los fenómenos de aireación derivados de la actividad fotosintética y los que se producen eventualmente tras el vertido a través de una presa El programa integra toda esta información y permite obtener como resultado, para cada uno de los elementos de cálculo de cada tramo, los datos hidráulicos y de calidad de los parámetros simulados, con indicación de su evolución espacial y temporal. Esta información se puede obtener de forma gráfica e incluso es posible modelizar su evolución a lo largo del día en función de las variaciones de soleamiento que se producen y que afectan a su vez a la capacidad de autodepuración del río como consecuencia de la actividad fotosintética de las algas. Desde el punto de vista agrícola, a la ventaja obvia que representa el hecho de poder conocer en cada tramo de río la calidad físico-química asociada se une el hecho de poder establecer conexiones entre este programa y programas de modelización de flujo y calidad de aguas subterráneas, con lo que eventualmente podrían estudiarse fenómenos de contaminación, puntual o difusa, que afecten a ambos medios.



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