modelos calidad de agua subterranea
TRANSCRIPT
MAESTRIA EN INGENIERIA AMBIENTAL
Y DESARROLLO SUSTENTABLE
Módulo 2:Módulo 2:Sistema de Transporte de ContaminantesSistema de Transporte de Contaminantes
TRANSPORTE DE CONTAMINANTES TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSEN MEDIOS ACUATICOS
MODELIZACIONMODELIZACION
DE TRANSPORTE DE DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTESCONTAMINANTES
EN MEDIOS ACUATICOSEN MEDIOS ACUATICOS
MODELIZACIONMODELIZACION
DE TRANSPORTE DE DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTESCONTAMINANTES
EN MEDIOS ACUATICOSEN MEDIOS ACUATICOS
QUE EFECTOS CAUSAN LAS DESCARGAS
CONTAMINANTES?
CAMINOS DE TRANSPORTE
CONTENIDOS DEL MODULO
MODELIZACION MATEMATICA DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES
EN MEDIOS ACUATICOS QUE CAUSA LA CONTAMINACION
? COMO SE TRANSPORTA?
COMO SON LOS FENOMENOS
DE TRANSPORTE EN RIOS Y AGUAS
SUBTERRANEAS?
CONTAMINACION DE LOS RECURSOS HIDRICOS
• Causas
• Agentes Contaminantes
• Características de las aguas residuales:
Físicas, Químicas, Microbiológicas Urbano e Industrial
RIOS
AGUA SUBTERRANEA
Hidráulica de aguas
superficiales
Hidráulica de aguas
subterráneas
CICLO HIDROLOGICO
IMPACTOS EN CURSOS SUPERFICIALES Y AGUAS
SUBTERRANEAS
MECANISMOS DE TRANSPORTE
ESTRUCTURA DE LOS MODELOS
ECUACIONES HIDRODINAMICAS
ECUAC. DE TRANSPORTE Y TRANSF.
Mecanismos: Transporte y Transformación
• Advección o Convección
• Difusión (Molecular y Turbulenta)
• Adsorción en partículas (Abióticas y Bióticas)
• Sedimentación y Resuspensión
• Transformación (Biodegradación, Volatilización, Fotólisis, Hidrólisis)
RIOS - LAGOS Y RESERVORIOSESTUARIOS - AGUAS SUBTERRANEAS
MODELOS DE CALIDAD
DE AGUA EN MEDIOS ACUATICOS
Movimiento del contaminante debido al movimiento principal del fluido que lo transporta
Molecular: Movimiento por desequilibrio de sus concentraciones existentes dentro de la fase
(Ley de Fick)Turbulenta: Movimiento en un fluido con movimiento turbulento
Abióticas: Depende de una variedad de mecanismos químicos (fs. Enlace H), físicos (fs. Van der Waals) y electrostáticos (fs columbiana)
Coeficiente de Partición (Kp= Π)Bióticas:
Factor de Bioconcentración (BCF = FBC)
DESTINO Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN SISTEMAS ACUATICOS
El DESTINO, TRANSPORTE y TRANSFORMACION de los contaminantes está determinado por:
TRANSPORTE ADVECTIVO TRANSPORTE DIFUSIVODifusión molecularDifusión turbulenta
REACCIONES INTERNASPérdidas
Ganancias
FUENTES EXTERNAS
Puntuales o noSumideros
El tipo y clase de fuentes externas
El transporte de las sustancias a través de los varios elementos
del ciclo hidrológico
La transformación química, biológica o bioquímica de estas sustancias
de una a otra forma
RESOLUCION DE LAS ECUACIONES
ECUACIONES
HIDRODINAMICAS
ECUACIONES
DE TRANSPORTE
SOLUCIONES ANALITICAS SOLUCIONES NUMERICASMétodos Numéricos: Discretizan el espacio y el tiempo (que son contínuos) en segmentos pequeños
• Diferencias Finitas
• Elementos Finitos
MODELIZACION DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSRIOS
Flujo Permanente ( /t=0) y Uniforme (U/x=0)
Flujo Permanente y No Uniforme (curvas de remanso)UNIDIMENSIONALFlujo Impermanente (ondas de marea)
HIDRODINAMICA
BIDIMENSIONALUNIDIMENSIONAL
SIMPLESustancia Conservativa y Sin Intercambio con el medio
DL
UNIDIMENSIONALGENERAL
Sustancia No Conservativa y Con Intercambio con el medioK – Aporte Lateral
BIDIMENSIONALSIMPLE
Sustancia Conservativa y Sin Intercambio con el medioDL - DT
TRANSPORTE YTRANSFORMACION
BIDIMENSIONALGENERALIZADO
Sustancia No Conservativa y Con Intercambio con el medioK – Caso descarga lejos ribera – Caso caudal acumulado
UNIDIMENSIONALSIMPLE OD-DBO
Streeter – Phelps (condiciones estacionarias y sin dispersión)BALANCE DE
OXIGENO UNIDIMENSIONALGENERAL OD-DBO
Respiración y Fotosíntesis Fitoplancton - Nitrificación
SUST.TOXICAS COMPLET. MEZCLADO Sorción y Desorción – Kp y FBC
SOFTWARE QUAL2E (unidimensional) – WASP5 (1, 2 ó 3 dimensiones)
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEAS
El flujo de agua subterránea y el transporte de contaminantes no son fáciles de observar ni medir.
Ambos procesos son generalmente lentos, y posiblemente ésta sea una de las causas de la amplia preocupación
acerca del riesgo de contaminación del agua subterránea.
El tema es de importancia por la escala y persistencia de muchos episodios de contaminación de agua subterránea
y por los costos y dificultades técnicas de rehabilitación.
REHABILITACIONCostos y Dificultades Técnicas
FLUJO Y TRANSPORTEDificultades en medición y observación
DISTRIBUCION DEL AGUA EN EL SUELO Y SUBSUELO
Acuífero Confinado Acuífero Confinado
LA FUERZA IMPULSORA DEL FLUJO DE AGUA EN EL SUBSUELO ES EL POTENCIAL O CARGA HIDRAULICA
Y CAUSA EL MOVIMIENTO DEL AGUA SUBTERRANEA
Acuífero Semiconfinado
Acuífero Semiconfinado ZONA DE
RECARGA
Acuífero Libre o Freático
Acuífero Libre o Freático
Si las propiedades del suelo no varían según su posición en el estrato,
el mismo se dice que es homogéneo
Si las características del suelo no varían con la orientación,
el mismo se dice isótropo
DISTRIBUCION DEL AGUA EN EL SUELO Y SUBSUELO
ZONA SATURADAPoros saturados de agua
ZONA NO SATURADAO DE AIREACIONPoros parcialmente ocupados de agua
Suponiendo:• Homogéneo (granulometría uniforme)• Isótropo (permeabilidad uniforme)• Base con sustrato horizontal impermeable• Gotas distribuidas uniformemente
MODELIZACION DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSAGUAS SUBTERRANEAS
Ley de Darcy
Ecuación General de MovimientoZONA SATURADAModelo Bidimensional (acuíferos confinados y libres)
HIDRODINAMICA
ZONA NO SATURADA Ecuación General de Movimiento
Procesos:Físicos: Advección
DispersiónDifusión
Químicos y Bioquímicos: Retardo (Adsorción)AtenuaciónIncent. De la Mov.
Modelo Unidimensional:No Conservativa DLNo Conservativa con atenuación KNo Conservativa con retardo RNo Conservativa con atenuac, y retardo (simet. Rev.)
ZONA SATURADA
Modelo Bidimensional:No Conservativa DL- DT
TRANSPORTE YTRANSFORMACION
ZONA NO SATURADASUST. TOXICAS PLAGUICIDAS Modelos: Tamizado – Evaluativos (Analíticos.) - Numéricos
SOFTWARE LEWASTE
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEASHIDRODINAMICA DE LA ZONA SATURADA
POROSIDAD ( n ): medida del espacio intersticial de un suelo
n = Vv / Vt = Vv / (Vv+Vs)
gravas 30% arenas 35% limos 40% arcillas 45%
PERMEABILIDAD ( K ): la facilidad o dificultad con que el fluido puede atravesar el medio poroso de un suelo
COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO ( S ): indicador de la cantidad de agua que puede ser extraída de un prisma vertical de sección unitaria
y altura igual al espesor del acuífero para una disminución unitaria del nivel piezométrico
libres 3x10-1 a 5x10-1 semiconfinado 5x10-2 a 10-3 confinado 10-4 a 10-6
TRANSMISIVIDAD ( T ):T = K x B
HIDRODINAMICA DE LA ZONA SATURADA LEY DE DARCY
Q = k i AQ = Caudal
k = conductividad hidraúlica
i = gradiente hidraúlico = (h1-h2) / l
TIPO DE SUELO K (cm2/seg)
Gravas 105 a 1Arenas Gruesas 1 a 10-3
Arenas Fina 10-2 a 10-6
Arcillas 10-5 a 10-9
HIDRODINAMICA DE LA ZONA SATURADA LEY DE DARCY
V = Q/A = k i
Velocidad de Darcy ó Descarga específicaVelocidad aparente ó Caudal específico
Vs = (V x A) / Av
Velocidad media de filtración lineal
Vs = V / n
HIDRODINAMICA DE LA ZONA SATURADA ECUACION GENERAL DEL MOVIMIENTO
= permeabilidad So = almacenamiento específico
f (compresibilidad del suelo y la del fluído)
= altura piezométrica
= carga de altura (z) + carga de presión (p / g)
HIDRODINAMICA DE LA ZONA SATURADA MODELO BIDIMENSIONAL PARA ACUIFEROS
ACUIFERO CONFINADO
ACUIFERO FREATICO
Resistencia del acuitardoCk = B/k RECARGA BOMBEO
PRECIPITACIONCOTA SUP. LIBRE ACUIFERO COTA FONDO ACUIFERO
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEASHIDRODINAMICA DE LA ZONA NO SATURADA
HIDRODINAMICA DE LA ZONA NO SATURADA ECUACION GENERAL DEL MOVIMIENTO
Flujo en dirección vertical = contenido de agua o humedad = Va / Vt
MODELIZACION DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSAGUAS SUBTERRANEAS
Ley de Darcy
Ecuación General de MovimientoZONA SATURADAModelo Bidimensional (acuíferos confinados y libres)
HIDRODINAMICA
ZONA NO SATURADA Ecuación General de Movimiento
Procesos:Físicos: Advección
DispersiónDifusión
Químicos y Bioquímicos: Retardo (Adsorción)AtenuaciónIncent. De la Mov.
Modelo Unidimensional:No Conservativa DLNo Conservativa con atenuación KNo Conservativa con retardo RNo Conservativa con atenuac, y retardo (simet. Rev.)
ZONA SATURADA
Modelo Bidimensional:No Conservativa DL- DT
TRANSPORTE YTRANSFORMACION
ZONA NO SATURADASUST. TOXICAS PLAGUICIDAS Modelos: Tamizado – Evaluativos (Analíticos.) - Numéricos
SOFTWARE LEWASTE
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEASPROCESOS DE TRANSPORTE Y TRANSFORMACION
EN LA ZONA SATURADA
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA PROCESOS
PROCESOSFISICOS
ADVECCION
DISPERSION
DIFUSION
RETARDO
ATENUACION
INCENTIVACION DE LA MOVILIDAD
PROCESOSQUIMICOS Y BIOQUIMICOS
Transporte Mecánico
MECANISMOS DE TRANSPORTE
LA COMPLEJIDAD DE LA GEOMETRIA DE UN MEDIO POROSO NATURAL
Y SU ALEATORIEDAD, INTERACCIONAN EN FORMA IMPORTANTE
CON LOS PROCESOS DE TRANSPORTE, COMPLICANDOLOS MAS AUN
QUE SI SE TRATARA DE UN MEDIO FLUIDO CONTINUO
Dispersión Hidrodinamica
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Físicos: ADVECCION - DISPERSION - DIFUSION
ADVECCION(traslado del contaminante)
DISPERSION(dilución del contaminante)
EN MATERIALES POROSOS CON POROS INTERCONECTADOS DE DIFERENTES TAMAÑOS Y ORIENTACION,
LOS SOLUTOS TIENEN UNA TENDENCIA A DESVIARSE
COMO LA VELOCIDAD VARIA, UN FLUIDO PUEDE DISPERSARSE GRADUALMENTE
OCUPANDO UNA PORCION CRECIENTE DEL CAMPO DE FLUJO EN EL QUE HA SIDO INTRODUCIDO
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Físicos: DISPERSION
DISPERSIONLONGITUDINAL
DISPERSIONLONGITUDINAL
i Vi
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Físicos: ADVECCION - DISPERSION - DIFUSION
ADVECCION Y DISPERSION DIFUSION
EXPERIMENTOS TIPO DARCY
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Físicos: ADVECCION - DISPERSION - DIFUSION
FORMACIONES CON CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA
MEDIANA Y ALTA (Arenosas)
ADVECCION Y DISPERSION
FORMACIONES CON CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA
BAJA (Arcillosas)DIFUSION
Proceso de Transporte Dominante
La importancia relativa de los tres tipos de transporte de contaminantes:difusivo - dispersivo - convectivo
varía con las características del medio poroso y del fluido solvente, así como con la velocidad del flujo.
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Químicos y Bioquímicos:
RETARDO - ATENUACION - INCENTIVACION DE LA MOVILIDAD
RETARDO: Consecuencia de los procesos que impiden el traslado de las sustancias contaminantes por inmovilización. Las sustancias no son transformadas, son procesos reversibles
Sorción - Precipitación - Filtración - Intercambio de iones
ATENUACION: Se diferencia del retardo en que reduce la masa contaminante
Reducción y Oxidación: Química ó Biológica - Hidrólisis - Volatilización
INCENTIVACION DE LA MOVILIDAD: Consecuencia de los procesos que impiden el traslado de las sustancias contaminantes por inmovilización. Las sustancias no son transformadas, son procesos reversibles
Cosolvatación - Ionización - Disolución - Complejización
MECANISMOS DE TRANSPORTE
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Químicos y Bioquímicos: RETARDO
SORCION
LA SORCION CONSISTE EN LA DIVISION DE LA SUSTANCIA SORBIDA EN FASES
En el caso del destino de las sustancias contaminantes en el subsuelo, la sorción supone principalmente una acumulación de sustancias químicas
en las superficies del suelo
La división de sustancias disueltas en fases está condicionada por la afinidad relativa de las mismas respecto al solvente y al sorbente.
El proceso de sorción es reversible pudiendo ocurrir desorción.Desorción en períodos muy prolongados Limitación de las tecnologías de bombeo
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Químicos y Bioquímicos: RETARDO
SORCION
MODELO DE SORCION LINEAL O ISOTERMA LINEAL (Tº Cte)
S = Kd C
El coeficiente de partición representa la proporción existente entre la concentración de masa
de una sustancia contaminante sorbida por el suelo y su concentración en las aguas subterráneas circundantes
masa sorbida por unidad de masa del sorbente
Concentración en aguas subterraneas en estado de equilibrio
coeficiente de partición, distribución o división
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA Procesos Químicos y Bioquímicos: RETARDO
SORCION
MODELOS DE ADSORCION NO LINEAL
S = Kd Cm (Isoterma de Freundlich) S = (k3 C)/(1+k4C) (Isoterma de Langmuir)
Estado de equilibrio no lineal:• Velocidad de las aguas subterráneas mucho mayor que la lenta velocidad de sorción.• Cinéticas del proceso de sorción de segundo orden.
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, conservativo
en condiciones de flujo saturado
Vs = velocidad media de las aguas subterráneas = V / n
Coeficiente de Dispersión
Hidrodinámica Longitudinal
PROCESOFISICO
PROCESOFISICO
ECUACION GENERAL DE TRANSPORTEMECANISMOS DE TRANSPORTE
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
COEFICIENTE DE DISPERSION HIDRODINAMICA LONGITUDINAL
COMBINA LOS PROCESOS DE DISPERSION MECANICA Y DIFUSION MOLECULAR
DL = L Vs + D*Dispersividad longitudinal
F(distancia media de viaje)
DISPERSIONMECANICA
DIFUSIONMOLECULAR
D*=D0 (a ebn)
Do= Coef. difus. de la sust. cont. en el aguaa = 0,005 a 0,001 b = 10n = porosidad
Coeficiente de difusión molecular
en un medio poroso
10-6 cm2/s
COEFICIENTES DE DIFUSION EN AGUAS
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, en condiciones de flujo saturado CON PROCESO DE ATENUACION (no conservativo)
PROCESOFISICO
PROCESOFISICO
PROCESOQUIMICO Y
BIOQUIMICO
PROCESOS
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, en condiciones de flujo saturado CON PROCESO DE RETARDO (no conservativo) - Isoterma Lineal
PROCESOQUIM. Y BIOQ.
PROCESOFISICO
PROCESOFISICO
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, en condiciones de flujo saturado CON PROCESO DE RETARDO (no conservativo)
SOLUCION PARA EL CASO CONSERVATIVO
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, en condiciones de flujo saturado CON PROCESO DE RETARDO Y ATENUACION (no conservativo)
SOLUCION PARA EL CASO DE SIMETRIA DE REVOLUCION
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO UNIDIMENSIONAL
Contaminante disuelto, en condiciones de flujo saturado CON PROCESO DE RETARDO Y ATENUACION (no conservativo)
SOLUCION PARA EL CASO DE SIMETRIA DE REVOLUCION
r0 = radio del pozoA = Q / 2 b nQ = caudal de inyecciónb = espesor del acuíferoC0 = Concentración inicial del contaminante
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA MODELO BIDIMENSIONAL PARA ACUIFEROS
Coeficiente de Dispersión Hidrodinámica Transversal
DT = T Vs + D*
DISPERSIONMECANICA
DIFUSIONMOLECULAR
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEASPROCESOS DE TRANSPORTE Y TRANSFORMACION
EN LA ZONA NO SATURADA
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION ZONA NO SATURADA ECUACION GENERAL
ECUACION EN ZONA SATURADA
Porosidad Porosidad
Humedad Humedad
ECUACION EN ZONA NO SATURADA
Se considera movimiento vertical
MODELIZACION DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSAGUAS SUBTERRANEAS
Ley de Darcy
Ecuación General de MovimientoZONA SATURADAModelo Bidimensional (acuíferos confinados y libres)
HIDRODINAMICA
ZONA NO SATURADA Ecuación General de Movimiento
Procesos:Físicos: Advección
DispersiónDifusión
Químicos y Bioquímicos: Retardo (Adsorción)AtenuaciónIncent. De la Mov.
Modelo Unidimensional:No Conservativa DLNo Conservativa con atenuación KNo Conservativa con retardo RNo Conservativa con atenuac, y retardo (simet. Rev.)
ZONA SATURADA
Modelo Bidimensional:No Conservativa DL- DT
TRANSPORTE YTRANSFORMACION
ZONA NO SATURADASUST. TOXICAS PLAGUICIDAS Modelos: Tamizado – Evaluativos (Analíticos.) - Numéricos
SOFTWARE LEWASTE
TRANSPORTE Y DESTINO DE TOXICOS EN SUELO Y AGUAS SUBTERRANEAS
Plaguicidas
CLASIFICACION DE LOS MODELOS OBJETIVO PRODUCTO
VULNERABILIDAD
DRASTIC – DIOS (CEPIS)
Determinación de acuíferosvulnerables
Mapa de vulnerabilidad deacuíferosTAMIZADO
(Screening) INDICES DE PERCOLADO
LP/LI – AF - GUS
Ranking de plaguicidaspotencialmente riesgosos
Selección de plaguicidaspotencialmente riesgosos
MULTIMEDIO FUGACIDAD
SOIL - SOILFUG
ACUIFEROS HOEKS
EVALUATIVOS(Analíticos)
PESTAN (EPA)
GESTION
PRZM - PATRIOTNUMERICOINVESTIGACION
LEACHM
Estimación del transporte ydestino de plaguicidas
potencialmente riesgosos
Concentración de plaguicidasen capas no saturada y
saturada
TRANSPORTE Y DESTINO DE TOXICOS EN SUELO Y AGUAS SUBTERRANEAS
Plaguicidas
CLASIFICACION DE LOS MODELOS
VULNERABILIDAD
DRASTIC – DIOS (CEPIS)TAMIZADO(Screening)
INDICES DE PERCOLADO
LP/LI – AF - GUS
MULTIMEDIO FUGACIDAD
SOIL - SOILFUG
ACUIFEROS HOEKS
EVALUATIVOS(Analíticos)
PESTAN (EPA)
GESTION
PRZM - PATRIOTNUMERICOINVESTIGACION
LEACHM
MODELIZACION DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN MEDIOS ACUATICOSAGUAS SUBTERRANEAS
Ley de Darcy
Ecuación General de MovimientoZONA SATURADAModelo Bidimensional (acuíferos confinados y libres)
HIDRODINAMICA
ZONA NO SATURADA Ecuación General de Movimiento
Procesos:Físicos: Advección
DispersiónDifusión
Químicos y Bioquímicos: Retardo (Adsorción)AtenuaciónIncent. De la Mov.
Modelo Unidimensional:No Conservativa DLNo Conservativa con atenuación KNo Conservativa con retardo RNo Conservativa con atenuac, y retardo (simet. Rev.)
ZONA SATURADA
Modelo Bidimensional:No Conservativa DL- DT
TRANSPORTE YTRANSFORMACION
ZONA NO SATURADASUST. TOXICAS PLAGUICIDAS Modelos: Tamizado – Evaluativos (Analíticos.) - Numéricos
SOFTWARE LEWASTE
SOFTWARE PARA AGUAS SUBTERRANEAS
NOMBRE DESARROLADO OPROVISTO POR
CARACTERISTICA PRINCIPAL
LEWASTE EPAU.S. Environmental Protection Agency
Calidad de Aguas Bidimensional
VISUALMODFLOW
Pennsylvania StateUniversity
Calidad de Aguas Tridimensional
PATRIOT EPA Potencial de Percolado de plaguicidas
PRZM EPASimulación Dinámica del Transp. y Destino deplaguicidas en el suelo, zona radicular y badosa
SOILFUG University of Milan Dinámico Multicompartimientos de plaguicidas
SOIL Canadian Envir. Modelling Dinámico Multicompartimientos de plaguicidas
HOEKS INA Simulación analítica en suelo y acuífero
CALTOX EPA Dinámico Multicompartimientos de Tóxicos - suelo
LEVEL III Canadian Envir. Modelling Multicompartimientos de Tóxicos Orgánicos
PESTAN EPA Transporte de Tóxicos Orgánicos en zona vadosa
PROCESOS DE TRANSPORTE Y TRANSFORMACION DE RIOS SOFTWARE
• Programa para simular el transporte de contaminantes en acuíferos (medio saturado y no saturado), diseñado para resolver ecuaciones que gobiernan el transporte de masa con condiciones iniciales y de contorno
• Los principales procesos simulados son: advección, dispersión/difusión, sorción, decaimiento, compresibilidad del medio, biodegradación a través de fase líquida y sólida
• Limitado Incluye tres modelos de sorción (Isoterma lineal, no lineal de Freundlich y Langmuir)
• Admite elementos cuadrilaterales y triangulares
• Flexibilidad y versatilidad para modelar una amplia variedad de problemas en medios heterogéneos y anisótropos con tantas formaciones geológicas como se desee
LEWASTE
APLICACION
LEWASTE
EJEMPLO
Estrato confinante
Radio al punto de interésb
ro = 0.1 m (radio del pozo)
r = 450 m (límite punto de interés)
k = 0/d (constante de reacción - sin atenuación)
= 50 m (dispersividad arena)
b = 30 m (espesor acuífero)
D = 8,7x10-5 m2/d (coeficiente difusión molecular)
n = 0.1 (porosidad)
Q = 550 m3/d (inyección efluente)
c0 = 50 g/l (concentración Cd inicial en el efluente)
Estrato confinante
Vista esquemática de un pozo de inyección de soluto en un acuífero confinado
1
2
4
3
11
5
6
7
8
9
10 20
391
392
393
395
394
396
397
398
399
400390
381
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
112 23 419 430
429 440 451
450
449
448
447
446
445
444
443
442
441
# nodos=451 # elementos=400x=11.25 m y= 3 m
Discretización en elementos finitos
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.000.00
30.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.000.00
30.00
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.000.00
30.00
T=10 días
T=280 días
T=600 días
Distribución de la concentración de Cadmio (µg/l) en medio homogéneo
T=10 días
T=280 días
T=600 días
Distribución de la concentración de Cadmio (µg/l) en medio homogéneo
0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00 300.00 350.00 400.00 450.000.00
30.00
T=600 días
QUE EFECTOS CAUSAN LAS DESCARGAS
CONTAMINANTES?
CAMINOS DE TRANSPORTE
CONTENIDOS DEL MODULO
MODELIZACION MATEMATICA DE TRANSPORTE DE CONTAMINANTES
EN MEDIOS ACUATICOS QUE CAUSA LA CONTAMINACION
? COMO SE TRANSPORTA?
COMO SON LOS FENOMENOS
DE TRANSPORTE EN RIOS Y AGUAS
SUBTERRANEAS?
CONTAMINACION DE LOS RECURSOS HIDRICOS
• Causas
• Agentes Contaminantes
• Características de las aguas residuales:
Físicas, Químicas, Microbiológicas Urbano e Industrial
RIOS
AGUA SUBTERRANEA
Hidráulica de aguas
superficiales
Hidráulica de aguas
subterráneas
CICLO HIDROLOGICO
IMPACTOS EN CURSOS SUPERFICIALES Y AGUAS
SUBTERRANEAS
MECANISMOS DE TRANSPORTE
EL PROBLEMA DE LA CONTAMINACION EN LOS RECURSOS HIDRICOS
Para que es importante entender el problema?
Para quién es importante entender el problema?
Como entender el problema?
•Conociendo los mecanismos físicos, químicos y biológicos que producen el transporte, dilución y transformación de los contaminantes.
•Conociendo modelos matemáticos analíticos básicos que permiten cuantificar órdenes de magnitud de la distribución espacio-temporal de la concentración del contaminante.
•Conociendo herramientas de simulación numérica (software) que permiten calcular con distintas precisiones la distribución espacio-temporal de la concentración del contaminante.
DESTINO Y TRANSPORTE
DE CONTAMINANTES
EN AGUAS SUBTERRANEASFINAL
ESTRUCTURA DE LOS MODELOS
ECUACIONES HIDRODINAMICAS
ECUAC. DE TRANSPORTE Y TRANSF.
Mecanismos: Transporte y Transformación
• Advección o Convección
• Difusión (Molecular y Turbulenta)
• Adsorción en partículas (Abióticas y Bióticas)
• Sedimentación y Resuspensión
• Transformación (Biodegradación, Volatilización, Fotólisis, Hidrólisis)
Movimiento del contaminante debido al movimiento principal del fluido que lo transporta
Molecular: Movimiento por desequilibrio de sus concentraciones existentes dentro de la fase
(Ley de Fick)Turbulenta: Movimiento en un fluido con movimiento turbulento
Abióticas: Depende de una variedad de fuerzas (columbicas, van der waals, químicas, etc).
Coeficiente de Partición (Kp= Π)Bióticas:
Factor de Bioconcentración (BCF = FBC)
Vuelve a Procesos Físicos, Químicos y Biológicos
Vuelve a Procesos Químicos y Biológicos Vuelve a Modelo Unidimensional Zona Saturada
DESTINO Y TRANSPORTE DE CONTAMINANTES EN SISTEMAS ACUATICOS
El TRANSPORTE y TRANSFORMACION de los contaminantes está determinado
por:
TRANSPORTE ADVECTIVO TRANSPORTE DIFUSIVODifusión molecularDifusión turbulenta
REACCIONES INTERNASPérdidas
Ganancias
FUENTES EXTERNAS
Puntuales o noSumideros
Vuelve a Modelo Unidimensional Zona Saturada
TRANSPORTE Y TRANSFORMACION EN LA ZONA SATURADA PROCESOS
PROCESOSFISICOS
ADVECCION
DISPERSION
DIFUSION
RETARDO
ATENUACION
INCENTIVACION DE LA MOVILIDAD
PROCESOSQUIMICOS Y BIOQUIMICOS
Transporte Mecánico
Vuelve a Modelo Unidimensional Zona Saturada con atrenuación
COEFICIENTES DE DIFUSION EN AGUA
Vuelve a coeficiente de dispersión hidrodinámica longitudinal
AMBIENTE ACUATICO D (cm2/s)Dispersión horizontal
en superficies de agua100 a 1.000.000
Difusión turbulenta en cañerías 0,1 a 100Difusión molecular:
sales y gases en agua10-4 a 10-5
Difusión molecular:solutos en sedimentos y suelos
10-6 a 10-8