ppt gironas agua y ciudad

Jorge Gironás y Bonifacio Fernández

Departamento de Ingeniería Hidráulica y Ambiental Pon@ficia Universidad Católica de Chile

2ª Jornada Técnica Espacio Público Sustentable

Espacio Público -‐ Planificación y Eficiencia en el Consumo de Recursos (Agua)

Agua y Ciudad

Sistemas de agua en la ciudad

Tratamiento agua potable

Tratamiento aguas servidas

Descarga a cuerpos de

agua

Abastecimiento

Distribución

Sistema Sanitario Sistema Pluvial

Sistemas de agua en la ciudad •  ¿Quién piensa en la operación del sistema completo? •  Demandas crecientes •  Sistemas quedan obsoletos, deterioro de la infraestructura y

poco flexibilidad. •  Sistema de agua potable:

•  Dificultades para preservar la calidad del agua en todo el sistema •  La mayoría del agua potable no se bebe.

•  Sistema de aguas servidas: •  Vertido de aguas servidas en sistemas unitarios durante tormentas (CSOs) •  Costos de tratamiento.

•  Sistema de aguas lluvias: •  Basados sólo en capacidad de conducción •  No se preserva el sistema hidrográfico natural •  Contaminación difusa •  Contaminación por CSO en sistemas unitarios

Sistemas de agua en la ciudad

4

http://woodgears.ca/sink/replace.html

Caudales medios anuales río Mapocho

0

10

20

30

40

50

60

70

1970 1980 1990 2000 2010

m3 /

s

Mapocho, Rinconada de Maipú

Mapocho, Los Almendros

Agua potable y alcantarillado

Escorrentía Urbana

“Restauración” de cauces (Kondolf, 2006)

El ciclo hidrológico y el balance hídrico

•  El agua como un elemento esencial en el planeta. •  Alta variabilidad espacial y temporal del recurso. •  Diferentes condiciones de demanda. •  El ciclo hidrológico global como ciclo cerrado.

El ciclo Hidrológico (Chow, 1988)


•  Superficie total drenada por un cauce y sus afluentes aguas arriba. Se define topográficamente por la línea de crestas o divisorias de agua.

•  Refleja la dependencia existente entre la geología, la topografía, el suelo, el clima y la vegetación

•  Principales componentes: (1) los cursos, canales y río (red hidrográfica o red de canales), (2) laderas o superficies contribuyentes.

La cuenca hidrográfica


•  Unidad fundamental donde ocurren los procesos hidrológicos.

•  Sistema abierto: Balance Hídrico

La cuenca hidrográfica

Componentes del ciclo hidrológico en un sistema abierto (Bras, 1991)

Balance Hídrico


•  Paisaje natural condicionado por balance hídrico promedio y usos del agua en el largo plazo.

•  Eventos extremos modifican el paisaje en forma natural •  El hombre es el principal agente modificador del paisaje

Variabilidad espacial y temporal en relación con el paisaje

Balance hídrico zona central de Chile. (Fernández et al., 2004)

El recurso hídrico en Chile

Clasificación climática y distribución de temperaturas y precipitaciones medias anuales (Toledo y Zapater, 1989)

Aspectos legales

•  Uso regulado por el Código de Aguas (1981). •  Agua es un recurso natural renovable, bien nacional de uso público. •  Puede ser utilizado por cualquiera siempre que no se limite el uso de terceros.

Derechos de Agua •  Para el uso exclusivo en una actividad. •  Se solicita al Estado y es otorgado libremente mientras exista disponibilidad. •  DGA a cargo de gestión, planificación, medición, otorgamiento y

fiscalización. •  Tienen un precio acorde al mercado y son parte del patrimonio. •  No están condicionados al suelo ni al uso que se les quiera dar. •  Facilitan regulación de usos económicos y productivos del agua. •  No facilitan la regulación de usos no productivos y medioambientales.

Aspectos legales

Cauces •  Bienes nacionales de uso público con delimitación regulada legalmente. •  Las obras que los afectan deben contar con la aprobación de la DGA. •  Su delimitación es compleja dada la variabilidad intrínseca de caudales. •  Gestión en zonas urbanas es complicada:

•  Utilización informal por parte de la población y de privados. •  Alto grado de intervención. •  Se hace muy difícil la identificación de cauces naturales urbanos.

Quebrada de Jaime. Actualmente Av. Francia (Valparaiso) http://puertodemisamores.blogspot.com/2006/09/quebradas.html

Agua y ciudad United Nations (2009). World Urbanization

Prospects The 2009 Revision, Highlights

Al 2009, 88.8 % de la población Chilena vivía en ciudades. Para el 2050, lo hará el 94.2%. Se construyó del orden de 100.000 viviendas al año (entre 1992 y 2002)

Crecimiento promedio 8 km2 / año

Luis Fuentes y Carlos Sierralta (2004)

Agua y ciudad: aguas lluvias

-  Cambios en la transformación lluvia-escorrentía " Disminución de la infiltración y la retención temporal debido a la

impermeabilización del suelo (calles, techos, veredas...) -  Cambios en la red de drenaje y su morfología

" Modificación y eliminación de los cauces naturales de drenaje " Aparición de nuevos cauces en cunetas, calles, colectores,..

-  Cambios en la calidad del agua " Aumentos y aparición de nuevos contaminantes asociados a la actividad

humana " Colapso de redes de aguas servidas " Destrucción de zonas naturales y ecosistemas

Se generan mayor escurrimientos, inundaciones y peor calidad hacia aguas abajo


mm/h

Tiempo

Infiltración y retención Flujo Superficial

mm/h mm/h

-  Cambios en la transformación lluvia-escorrentía •  Cambios en el uso del suelo •  Aumenta la impermeabilidad y compactación del suelo (pérdida de infiltración) •  Pérdida de vegetación, superficies más planas (pérdida de retención)


1

10

100

1000

0.0 0.1 1.0 10.0 100.0

Ca

ud

al m

áxi

mo

( l/

s)

Periodo de retorno (años)

urbananatural

Aumento de la frecuencia para igual magnitud

100 10 1 0.1 0.01Frecuencia

Aumento de la magnitud para igual frecuencia

En general se observa que: • Caudal máximo de 100 años : 2 a 3 veces • Caudal máximo de 20 años : 3 a 5 veces • Caudal máximo de 2 años : 15 a 25 veces • Caudal máximo natural de 2 años entre 3 y 6 veces al año • Aumento del volumen total: 5 a 10 veces

Cambios en la transformación lluvia-escorrentía

Agua y ciudad: aguas lluvias Caudales medios anuales río Mapocho

0

10

20

30

40

50

60

70

1970 1980 1990 2000 2010

m3 /

s

Mapocho, Rinconada de Maipú

Mapocho, Los Almendros

-  Cambios en la transformación lluvia-escorrentía


-  Cambios en la red de drenaje y su morfología

(Fotos cortesía de Larry Roesner, EE.UU.)


-  Cambios en la red de drenaje y su morfología

February 6, 2001

WERFWERF


-  Cambios en la calidad de las aguas

http://www.blainc.com/greencso.htm

http://www.rivernetwork.org/rn/combined-and-sanitary-sewer-overflows


-  Cambios en la calidad de las aguas

http://www.umaine.edu/WaterResearch/outreach/impact_of_development.htm

Contaminantes presentes en las aguas lluvias de Santiago con concentraciones por sobre las normas de referencia

Contaminante Frecuencia con que se excede la normativa

Aceites y grasas al menos una vez Amoníaco al menos una vez Aluminio persistentemente Arsénico al menos una vez Cianuros al menos una vez Cromo al menos una vez DBO persistentemente Fierro persistentemente

Hidrocarburos al menos una vez Manganeso persistentemente

Nitrato al menos una vez Nitrógeno Kjeldahl Total al menos una vez

Plomo al menos una vez Sol. Suspendidos persistentemente

Zinc al menos una vez


Aspectos Legales •  Ley 19525 promulgada a fines de 1997. •  El estado velará por la existencia de sistemas de evacuación y drenaje de

aguas lluvias que evite daño a personas, viviendas e infraestructura urbana. •  Planificación, estudio, proyección, construcción, reparación, mantención y

mejoramiento de la red primaria corresponderá al MOP. La red secundaria estará a cargo del MINVU.

•  Las redes de aguas lluvias serán independientes de las de aguas servidas y sin interconexión entre ellas.

•  El MOP desarrollará Planes Maestros (indicativos y no mandatorios), en los que se definirá la red primaria.

•  PM además entregan un instrumento de planificación para área urbana actual y las zonas de expansión en un horizonte de 30 años.


Aspectos Legales. Falencias •  Inexistencia de un reglamento. •  Inexistencia de una definición legal c/r al financiamiento del drenaje. •  Dualidad de entes reguladores para las redes primarias y secundarias. •  Inexistencia de una normativa de calidad de las aguas lluvias. •  Inexistencia de incentivos y estrategia para implementar medidas

sustentables y de bajo impacto a pequeñas escalas. •  Inexistencias de Planes Maestros en muchos lugares. •  Criterios y definiciones pueden se poco claros y no homogéneos. •  Gran importancia de medidas de conducción por sobre medidas de

retención.

Agua y ciudad: agua potable y aguas servidas

Aspectos Fundamentales •  Servicios Sanitarios dedicados a producir y distribuir el agua potable y

recolectar y disponer de las aguas servidas. •  SISS: ente público de regulación y control del sector de Servicios Sanitarios. •  Funciones Generales:

•  Proponer tarifas por los servicios de agua potable y aguas servidas prestados por las empresas sanitarias

•  Otorgamiento de concesiones de servicios sanitarios. •  Fiscalización de empresas sanitarias •  Fiscalización de los establecimientos industriales generadores de

residuos industriales líquidos - Riles.


1998 2010

Participación de empresas públicas y/o municipales 97,3 4,6

Participación de empresas privadas 2,7 95,4

Cobertura Agua Potable (%) 99,3 99,8

Cobertura Alcantarillado (%) 91,6 95,9

Cobertura tratamiento de AA.SS (%) 16,7 86,9

Evolución del sector sanitario


•  Consumo promedio de agua: 200-300 l/hab/día •  Aguas residuales: Aguas negras y Aguas grises

Toilets, 27%

Lavadero de plato, 1%

Otros, 2%

Pérdidas, 14%

Tina, 2%

Ducha, 17%

Lavadora, 21%

Grifos, 16%

Aguas Grises, 56%

Escusado Lavadero de platos Pérdidas Otros Tina Ducha Lavadora Grifos

¿Es realmente necesario potabilizar toda el agua a ser utilizada en el domicilio? ¿Tiene toda el agua residual el mismo nivel de contaminación como para ser enviada a la planta de tratamiento? ¿Hay alguna manera de reutilizar las aguas grises?

5

Amenidad y servicio

Cantidad CalidadCantidad CalidadCantidad

1975 1975 - 1995 1995 -

Diseño urbano sensible al agua

Aspectos fundamentos •  Incorporar el recurso hídrico en el funcionamiento normal de la ciudad,

buscando minimizar los efectos de las urbanizaciones en las personas, la infraestructura y el medio ambiente.

• Etapas históricas: (1) controlar de inundaciones y efectos directos, (2) controlar de la calidad , (3) replicar componentes del balance hídrico natural y su variabilidad.

(adaptado de Stahre, 2008)

Gestión de cauces urbanos y regulación de la planicie de inundación.

•  Definir, actualizar e informar sobre la zona de inundación y los distintos usos de ésta.

•  Indicar las zonas críticas de modo de priorizar estrategias y obras de mitigación y adaptación.

Prohibición AdvertenciaRestricción

Nivel para desarrollo de proyectos

Infraestructura prohibida, salvo obras totalmente justificadas (obras para navegación, bocatomas, etc.)

Desarrollo restringido a construcciones a prueba de agua, agricultura, almacenamiento y recreación

Desarrollo permitido. Se debe considerar la existencia de riesgo y la eventual necesidad de evacuación.

T = 100 años

T = 10 años


Diseño urbano sensible al agua Reducción de los eventos de colapso de las redes unitarias

de aguas servidas •  Control de un problema medioambiental y sanitario muy grave. •  Este problema ha motivado una transformación total en la gestión de las aguas

lluvias en otros países. Promueven las soluciones de retención a escala local. •  Definir una frecuencia anual máxima de eventos de colapso.

Diseño urbano sensible al agua Preservación de la integridad ecológica y geomorfológica

de los cauces urbanos •  Evitar degradación de cauces urbanos. •  Se debe minimizar la ocurrencia de eventos de alta fuerza erosiva sobre el

lecho. •  Se debe controlar las tormentas menores que constantemente lavan los

contaminantes urbanos.

Control en la fuente Control

local

Transporte lento Control aguas abajo

Propiedad privada Propiedad pública

Adaptado de Stahre (2008)

Tipos de medidas para la gestión sustentable de las aguas lluvias (adaptado de Stahre, 2008)

Diseño urbano sensible al agua Para satisfacer criterios como los anteriores:

Obras de ingeniería en sí mismas diseñadas según criterios hidrológicos e hidráulicos, e incorporadas en el medio urbano según criterios paisajísticos y urbanísticos.

Diseño urbano sensible al agua Medidas de control en la fuente

• Obras menores o simples prácticas de gestión no estructurales, generalmente localizadas en la propiedad privada. • Los ciudadanos tienen un rol activo en su cuidado y mantención. También son conocidas como LID (Low Impact Development). www.brooklynfeed.com/2010/05/green-roof

Diseño urbano sensible al agua Medidas de control local

• Obras menores de control en terrenos públicos, en las zonas altas antes de que la escorrentía entre en los elementos de conducción. • Son mantenidas y operadas por la municipalidad u otro ente público. • Deben integrarse plenamente al funcionamiento normal de la ciudad

(cortesía de Larry Roesner)

Diseño urbano sensible al agua Medidas de control local


Entrada

Sub-base permeable

dren Drenaje lento a colector

Drenaje lento a colector

Hacia planta de tratamiento

colector unitario

SinBMPs

Con BMPs

Diseño urbano sensible al agua Medidas de retardo o transporte lento

• Obras de conducción abiertas para el transporte lento. • Agregan almacenamiento adicional previo a red de drenaje principal. • Tienen un uso alternativo o al menos no interfieren el funcionamiento de la ciudad. (cortesía de Larry Roesner)

Diseño urbano sensible al agua Medidas de control aguas abajo

• Obras de control mayores para la detención relativamente masiva de escorrentía en las partes bajas del sistema de drenaje. • Muchas veces consideran volúmenes de agua permanente

(cortesía de Larry Roesner)

Un modelo para la gestión sustentable del agua en la ciudad del futuro

Tratamiento de agua servida

comunal o local anaeróbico

Sistema de Aguas lluvias

Sistema de abastecimientoa la ciudad con

agua natural

Riego

Tratamiento de agua potable

comunal o local

Cuerpos receptores

P G BT

Energía paraconsumo local

P G BT

P G BT

Agua Gris•Tratamiento•Almacenamiento

Agua natural al sistema contra incendios

Beneficios • Ahorro de agua • Reducción de aguas servidas• Integridad de cauces• Eficiencia energética• Mejor agua potable• Mejor disposición de aguas lluvias•Infrestructura más económica

Tratamiento

4 personas podrían suplir las necesidades de W.C. y el regadío por goteo de 100 m2 - 120 m2

Un modelo para la gestión sustentable del agua en la ciudad del futuro

Un proceso a largo plazo que considere al menos:

•  Definición de metodologías de evaluación y cuantificación de beneficios, costos y externalidades.

•  Implementación, monitoreo, mantención y difusión de experiencias piloto.

•  Definición de un marco legal y normativas que incentiven y regulen la implementación de sistemas de gestión de agua.

•  Preparación de manuales y guías técnicas. •  Educación de la población a todo nivel. Los ciudadanos son

los usuarios, principales beneficiarios, y de algún modo, los primeros responsables de las obras.

Agradecimientos y Referencias

La investigación y los trabajos de los autores se han desarrollado en buena parte gracias al financiamiento del Estado a través de proyectos FONDEF y FONDECYT, y proyectos con el MOP y el MINVU. Agradecemos a Fulbright y al proyecto FONDECYT 11060312 por el financiamiento de parte de las actividades de investigación actualmente en ejecución.

Burton, G.A. y Pitt, R.E. (2002). Stormwater effects handbook. Lewis Publishers, CRC Press Company.

Carmon, N. y Shamir, U. (2010). Water-sensitive planning: integrating water considerations into urban and regional planning. Water and Environment Journal 24, 181–191.

Committee on Reducing Stormwater Discharge Contributions to Water Pollution (2009). Urban stormwater management in the United States. The National Academies Press, Washington, D.C.

MINVU, Ministerio de Vivienda y Urbanismo y DICTUC (1996). Técnicas alternativas para soluciones de aguas lluvias en sectores urbanos, guía de diseño, DICTUC.

Stahre, P (2008). Blue-green fingerprints in the city of Malmö, Sweden. VASYD. Urban Drainage and Flood Control District (UDFCD), (2010). Urban storm drainage criteria

manual. Revised August 2006, Denver, Colorado. (http://www.udfcd.org/downloads/down_critmanual.htm)

Referencias de interés

ppt gironas agua y ciudad

Documents