RETOMA EL PROBLEMA DE CONTAMINACIÓN
DEL AGUA. DE LA ACTIVIDAD INTEGRADORA 1. CONTAMINACIÓN QUÍMICA DE UN CUERPO DE
AGUA, RETOMA EL PROBLEMA PLANTEADO Y PREPÁRATE PARA REALIZAR UNA INVESTIGACIÓN
MÁS AMPLIA.
2. INVESTIGA SOBRE EL USO DE MODELOS MATEMÁTICOS
PARA RESOLVER PROBLEMAS DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA. GUÍATE RESPONDIENDO LAS
SIGUIENTES PREGUNTAS:
A. ¿POR QUÉ Y PARA QUÉ SIRVEN LOS
MODELOS MATEMÁTICOS EN LOS PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA CONTAMINACIÓN DEL
AGUA?
Con el fin de evaluar los planes alternativos de ingeniería
para el control y manejo de la calidad del agua, pueden emplearse modelos
matemáticos que relacionen las entradas de aguas residuales con la calidad del
agua del cuerpo receptor. Los diversos grados de tratamiento, la reubicación de
los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos,
los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos,
los sistemas de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas
residuales, el aumento de los flujos mínimos, los sistemas de tratamiento
regional vs. Plantas múltiples, constituyen algunas de las alternativas
específicas cuya influencia sobre la calidad del agua receptora pueden
evaluarse mediante la aplicación de los modelos de calidad del agua. Los
modelos pueden ayudar también a evaluar el beneficio relativo que se obtiene
para la calidad del agua mediante la eliminación de diferentes competente de
los contaminantes.
Los factores que influyen sobre el grado de complejidad del
modelo incluyen el tipo de problema de calidad del agua que se desea resolver,
las características del cuerpo del agua, la disponibilidad de datos observados,
históricos, y actuales sobre la calidad del agua y sobre las descargas de aguas
residuales, los riesgos para la salud pública y el ambiente relacionados con el
área, la gama disponible de opciones y de estrategias y el tiempo y los
recursos financieros disponibles.
Los modelos matemáticos de calidad de agua se pueden
clasificar de acuerdo con sus niveles de complejidad.
B. ¿QUÉ FACTORES SON LOS QUE HAY QUE
TOMAR EN CUENTA PARA ELEGIR UN MODELO MATEMÁTICO QUE TE AYUDE A RESOLVER EL
PROBLEMA DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA?
El agua es necesaria para cultivar y procesar alimentos,
también brinda energía a la industria con el objeto de satisfacer a una
población en constante crecimiento. La gestión inadecuada de las aguas
residuales urbanas, industriales y agrícolas, conlleva a que el agua que beben
cientos de millones de personas se vea peligrosamente contaminada o polucionada
químicamente. La contaminación del agua también provoca que parte de los
ecosistemas acuáticos terminen desapareciendo por la rápida proliferación de
algas invasoras que se nutren de todos los nutrientes que les proporcionan los
residuos.
Geomorfología
Los factores desencadenantes de esos procesos se cuentan los
siguientes: factores geográficos (el relieve, el clima, el suelo y los cuerpos
de agua, la temperatura, el viento, el hielo, son todos factores que
contribuyen al modelado del relieve y que además favorecen procesos de erosión).
Hidrológica
Los dominios de la hidrología incluyen la hidrometeorología,
la hidrología superficial, la hidrogeología, la administración del drenaje y la
calidad del agua. La oceanografía y la meteorología no están incluidas porque
en ellas el agua es sólo uno de muchos aspectos importantes.
La investigación hidrológica es útil en cuanto que nos
permite entender mejor el mundo en el que vivimos, y también proporciona
conocimientos para la ingeniería ambiental, política y planificación.
Hidrodinámica
La hidrodinámica, estudia los fluidos en
movimiento, este movimiento está definido por un campo vectorial de
velocidades correspondientes a las partículas del fluido y de un campo escalar
de presiones, correspondientes a los distintos puntos del mismo y que está
regido por el PRINCIPIO DE BERNOULLI.
La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:
Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.
Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que
posee.
Cargas contaminantes,
su magnitud e impacto
Potenciales impactos ambientales
Los contaminantes de las aguas servidas municipales son los sólidos suspendidos
y disueltos que consisten en materias orgánicas e inorgánicas, nutrientes,
aceites y grasas, sustancias tóxicas, y micro organismos patógenos.
Cuando las aguas servidas son recolectadas pero no tratadas
correctamente antes de su eliminación o reutilización, existen los mismos
peligros para la salud pública en el punto de descarga. Si dicha descarga es en
aguas receptoras, se presentarán peligrosos efectos adicionales (p.ej. el
hábitat para la vida acuática y marina es afectada por la acumulación de los
sólidos; el oxígeno es disminuido por la descomposición de la materia orgánica;
y los organismos acuáticos y marinos pueden ser perjudicados aun más por las
sustancias tóxicas, que pueden extenderse hasta los organismos superiores por
la bio-acumulación en las cadenas alimenticias). Si la descarga entra en aguas
confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de nutrientes puede
ocasionar la eutrofización, con molestosa vegetación que puede afectar a las
pesquerías y áreas Recreativas. Los desechos sólidos generados en el
tratamiento de las aguas servidas (grava, cerniduras, y lodo primario y
secundario) pueden contaminar el suelo y las aguas si no son manejados
correctamente.
Cinética de las
transformaciones de los parámetros físicos, químicos y biológicos y la magnitud
del cambio respecto al tiempo.
Para la mayoría de ecosistemas terrestres, el suelo es el
escenario o el medio físico-
químico en el que se desarrolla la vida. El suelo es un componente ambiental
que por su
origen, formación y evolución no puede ser aislado del entorno que lo circunda.
Es frágil, de
difícil y larga recuperación y de extensión limitada. Por ello, tanto el uso
inadecuado como el
cambio de usos o su sobreexplotación por actividades de muy diversa índole,
pueden
contribuir a la degradación de este recurso natural no renovable a corto plazo
que se utiliza
para satisfacer necesidades humanas de interés económico y social.
Escalas de tiempo y
espacio
El concepto de escala denota la resolución dentro del
intervalo de una cantidad medida. En otras palabras, se refiere a la dimensión
espacial o temporal de un sistema. Esta idea vale para lo espacial y lo
temporal; de allí la conveniencia de manejar ambas como componentes
inseparables en investigación socio ambiental. Lo espacial y lo temporal son
inherentes a los temas objeto de la preocupación socio ambiental. Por lo tanto,
las escalas (o bien las resoluciones espacial y temporal) deben formar parte de
las condiciones de contorno de los sistemas en estudio.
Lo temporal es un ingrediente en el modelamiento de
situaciones hipotéticas (o bien ocurrencias probables en el futuro), y el
proceso de investigación por el cual podemos atacarlo es la detección del
cambio y el monitoreo. La diferencia entre uno y otro es que el monitoreo (o
seguimiento) supone algún tipo de modelo explicativo. El enfoque suele
denominarse globalmente como multitemporal
C. ¿QUÉ TIPOS DE MODELOS HAY QUE SE
APLIQUEN AL ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AGUA?
Soluciones
analíticas:
aplicables en: corrientes y ríos.
Soluciones numéricas,
segmentos finitos:
aplicables en: estuarios lagos océanos.
Modelo dinámico
Los modelos pueden ser de estado dinámico o estacionario.
Los dinámicos proveen información acerca de la calidad del agua tanto en la
dirección (o distancia aguas abajo de una descarga) como en el tiempo.
Modelo estacionario
Los estacionarios suponen que existe variación sólo en el
espacio (no existen cambios de los indicadores en el tiempo), como por ejemplo
una descarga continua y constante. Estos son de menor grado de dificultad y de
menor costo de aplicación que los modelos dinámicos. La comisión antes
mencionada dice que los parámetros a modelar, al igual que el tipo de modelo a
emplear, deben ser identificados antes de iniciar la aplicación del mismo. Debe
tenerse presente que modelar un gran número de parámetros puede resultar no
sólo muy laborioso sino también en muchos casos redundante e innecesario.
Los modelos pueden ser uni, bi o tridimensionales
dependiendo de las características físicas del medio a simular, tal como se
describe a continuación:
Modelos unidimensionales:
se utilizan generalmente para
representar flujos de agua en ríos siendo la dirección considerada el sentido
del escurrimiento.
Modelos bidimensionales:
se utilizan para ríos de gran ancho, en
los cuales las concentraciones de contaminantes varían de un lado de la ribera
al otro. En estos casos se usa un sistema cartesiano de coordenadas, en el cual
una de ellas corresponde al sentido del flujo y la otra a la dimensión lateral.
Modelos
tridimensionales:
estos encuentran aplicación en estudios de aguas subterráneas y en sistemas más
complejos de aguas superficiales. Requieren de mayor información que los
modelos uni y bidimensionales y también mayor tiempo computacional, por lo que
su uso se restringe a problemas de gran magnitud cuando se dispone de recursos
suficientes para su aplicación.
Modelos matemáticos
CEPIS
RÍOS IV: Modelo
matemático de calidad del agua de estado permanente y unidimensional para
oxígeno disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada, coliformes y análisis
simplificados de sustancias tóxicas conservativas y no conservativas en ríos.
Tiene la capacidad de analizar situaciones anaeróbicas. Permite interacción con
el usuario y tiene capacidad gráfica. Reemplaza a RIOS II, RIOS III y SIMOX.
Elaborado por el CEPIS (1995).
MULTI-SMP: Modelo matemático de calidad de
agua de estado permanente y unidimensional para oxígeno disuelto, DBO
carbonácea y nitrogenada y toxicidad amoniacal en ríos. Este modelo es fácil de
usar, permite interacción con el usuario y tiene capacidad gráfica. Elaborado
por LTI, Limno-Tech., Inc. (1992) para la EPA.
SPAM: Modelo matemático de calidad
de agua de estado permanente, segmentos finitos y multidimensional para oxígeno
disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada, coliformes y análisis simplificados de
sustancias tóxicas conservativas y no conservativas en aguas superficiales.
Elaborado por Hydroqual (1984), Mahwah, N.J., Estados Unidos.
WASTOX:
Modelo matemático variable en tiempo y multidimensional para la evaluación de
sustancias tóxicas en aguas superficiales. Elaborado por el Manhattan College
(1994), Nueva York, N.Y., Estados Unidos, para la EPA.
LACAT:
Modelo matemático simplificado para la evaluación de estados tróficos y el
manejo de macro nutriente en lagos/embalses cálidos tropicales. El programa es
interactivo con el usuario. Elaborado por el CEPIS (1990).
CLARK: Modelo matemático para
calcular el aporte de nutrientes a lagos, basado en los datos de campo de los
tributarios. El programa es interactivo. Elaborado por Sonzogny, W.C. et al.
(1978). Great Lakes Tributary Loadings, EPA y U.S. Task D. Committee.
3. DE LOS DIFERENTES TIPOS DE MODELOS
MATEMÁTICOS QUE INVESTIGASTE ESCOGE DOS EJEMPLOS, SEÑALANDO LAS
DIFERENCIAS Y SU USO ESPECÍFICO.
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MODELO
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CARACTERISTICAS
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USO
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DIFERENCIAS
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WASTOX
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El componente de la cadena alimentaria de WASTOX que
se describe aquí es un modelo generalizado para estimar la absorción y
eliminación de sustancias químicas tóxicas por parte de los organismos
acuáticos.
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Modelo matemático variable en tiempo
Para grandes ríos con concentraciones de
contaminantes variantes de lado a lado
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multidimensional para la evaluación de sustancias
tóxicas en aguas superficiales
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MULTI-SMP
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Este modelo es fácil de usar, permite interacción
con el usuario y tiene capacidad gráfica
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Modelo
matemático de calidad de agua de estado permanente
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unidimensional para oxígeno disuelto, DBO carbonácea
y nitrogenada y toxicidad amoniacal en ríos
|
4. ANALIZA Y EXPLICA CUÁL
DE LOS MODELOS MATEMÁTICOS QUE INVESTIGASTE, SIRVE PARA DESARROLLAR TU TEMA E
INCLUYE CÓMO ES QUE LOS MODELOS MATEMÁTICOS INFLUYEN EN EL DETERIORO O MEJORA
DE LOS RECURSOS NATURALES Y DE QUÉ DEPENDEN EN TU CASO DE INVESTIGACIÓN.
El modelo que mas aplica para mi investigación por las
generalidades a las que se refiere es el modelo de spam ya que es un modelo
matemático de calidad de agua de estado permanente, segmentos finitos y
multidimensional para oxígeno disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada,
coliformes y análisis simplificados de sustancias tóxicas conservativas y no
conservativas en aguas superficiales.
Y me da un análisis
con solución numérica para la laguna de zumpango ya que así puede dar muchos
más beneficios y soluciones comprensibles
para nuestro nivel de conocimiento.
5. A MANERA DE
CONCLUSIÓN, RESPONDE A LA SIGUIENTE PREGUNTA: ¿QUÉ PROYECCIONES SE
PUEDEN OBTENER DEL MODELO QUE ESCOGISTE?
Para el modelaje de la calidad del agua en los lagos y
embalses existen tres características importantes que debemos tomar en cuenta
ya que éstos que facilitan su estudio; esto es, su origen, su forma y su
tamaño.
Antes de ejecutar un programa para satisfacer una necesidad humana es
conveniente construir un modelo matemático a fin de representar simbólicamente
los elementos de la situación o problema que se tiene en la realidad.
Los modelos matemáticos son utilizados con el propósito de representar cada uno
de los conceptos y variables que intervienen en un proceso mediante expresiones
matemáticas. Se componen de ecuaciones y proposiciones que intentan representar
las relaciones entre variables y parámetros de un cuerpo de agua.
Para este trabajo en específico el modelo de spam nos ayuda
a conocer realmente las condiciones en que se encuentra nuestro cuerpo de agua
y dar soluciones para eliminar las sustancias químicas que se ubican en este
lugar y así obtener una proyección para resolver esta situación a corto plazo.
BIBLIOGRAFIA
