PROYECTO DE INVESTIGACION MIKE11 FIN - UMSA

Proyecto Aplicación del Modelo de Simulación MIKE11. 1

PROYECTO DE INVESTIGACION

APLICACIÓN DEL MODELO DE SIMULACIONDE CALIDAD DE AGUA MIKE11 EN LA CUENCA DEL RIO LA PAZ

CONTENIDO

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ____________________________________ 2

2. REVISION BIBLIOGRAFICA. ___________________________________________ 2

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION ___________________________________ 3

4. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACION ____________________________________ 4

5. CARACTERISTICAS DEL MODELO MIKE 11 ____________________________ 4

6. SISTEMA DE CONTROL APLICADO , PARAMETROS SELECCIONADOS YCONDICIONES DE BORDE_________________________________________________ 6

7. CALIBRACION Y VALIDACION DEL MODELO ___________________________ 9

8. ESCENARIOS DE CALIDAD DEL RÍO CHOQUEYAPU ___________________ 12

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. _____________________________ 27

10. BIBLIOGRAFÍA.____________________________________________________ 33


PROYECTO DE INVESTIGACION

APLICACIÓN DEL MODELO DE SIMULACION DE CALIDAD DE AGUAMIKE11 EN LA CUENCA DEL RIO LA PAZ

Oscar Paz Rada1

Lysander Lavadenz Carpio2

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La ciudad de La Paz sufre desde hace muchos años el problema de lacontaminación de sus ríos como fruto de la descarga de efluentesdomésticos e industriales, generando en el cuerpo principal de su cuenca,el río Choqueyapu, niveles de contaminación muy elevados, los cualesaun no han podido ser reducidos por la falta de acciones y de toma dedecisiones.

Esta falta de decisión se basa en innumerables estudios que generaronuna serie de opciones de tratamiento, pero que por su costo y por suubicación no resuelven el principal problema que es reducir lacontaminación a todo lo largo del río Choqueyapu.

Estudios realizados por el Gobierno Municipal de La Paz, con apoyoJaponés (1993) y estudios del Plan Maestro desarrollados por GITECConsult (1996) solamente plantean la ubicación de plantas de tratamientoal final de la cuenca, sin resolver el problema central.

La no existencia de una herramienta que permita establecer donde ubicarplantas de tratamiento a lo largo del río Choqueyapu y determinar queniveles de tratamiento se deberían aplicar, ha sido el factor fundamentalpara no asumir una solución integral en la cuenca.

De allí la necesidad de encarar, de manera científica un proceso deevaluación de alternativas de tratamiento, respaldada por el uso de unmodelo matemático que sirva para la toma de decisiones futuras.

2. REVISION BIBLIOGRAFICA.

Gracia Alcaine,1980, desarrolló el primer estudio de calidad del ríoChoqueyapu, basándose solamente en la toma de muestras y análisis delas mismas a lo largo del cuerpo receptor y planteó algunas ideas detratamiento.

1 Ing. MSc. Docente Investigador Instituto de Ingeniería Sanitaria y Ambiental2 Ing..MSc. Investigador invitado Post Grado Ingeniería Sanitaria y Ambiental


Paz 1990 y 2002 desarrolla un análisis de evolución de la calidad del ríoChoqueyapu, analizando todos los procesos de contaminación a lo largodel tiempo, usando como base varias campañas de muestreo realizadaspor el Instituto de Ingeniería Sanitaria.

Ribera y Bellot, 1995, aplican por primera vez un modelo matemático paradeterminar su aplicabilidad al río Choqueyapu. Dicho Modelo es elQUAL2E, sin embargo el trabajo se centra exclusivamente en procesosde Calibración y Validación.

Coaquira y Sullca, 2003 desarrollan una valoración estadística de lacalidad del río y muestran el proceso de degradación de la calidad, através de un análisis minucioso de varios parámetros.

Mattos y Paz, 2004 desarrollan la validación de la aplicabilidad de tresmodelos matemáticos en el río Choqueyapu, RIOS IV, SIMOD y QUAL2Epara establecer el nivel de aplicabilidad y de accesibilidad de cada uno deellos. Este trabajo muestra que estos modelos tienen diferentes niveles deajuste a la calidad del río, pero también presentan dificultades deaplicabilidad.

Astorga, Rivera, Diaz y Paz 2005 desarrollan análisis de calidad a travésde campañas completas que sirvan de base para toma de decisiones, através de un estudio compartido con el Gobierno Municipal de La Paz y elIBTEN.

Bellot 2006 elabora un trabajo inicial sobre Indices de Calidad del RíoChoqueyapu, a partir de la construcción de los mismos y de los criteriosde valoración de cada índice.

3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIONOBJETIVO GENERAL

Desarrollar un análisis de opciones de saneamiento del ríoChoqueyapu, por medio del empleo de un modelo matemático quesimule el comportamiento de elementos no conservativos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Analizar el Modelo Mike 11 para tener un conocimientoconceptual, funcional y computacional de sus características,capacidades y requerimientos.Evaluar la información existente apta para la aplicación almodelo Mike 11 y completar aquella no existente.


Valorar parámetros hidráulicos y de calidad y/o estimarvariables que solicite el modelo.Calibrar y validar el Modelo Mike 11 para las condiciones del ríoChoqueyapu.Simular con el modelo escenarios futuros del estado ecológicodel río para evaluar planes alternativos de control y manejo dela calidad del agua.

4. HIPOTESIS DE LA INVESTIGACION

HIPOTESIS DE TRABAJO

La aplicación del Modelo MIKE 11 se constituye en una herramientade planificación viable y confiable para el saneamiento del ríoChoqueyapu.

SUB HIPOTESIS

El modelo MIKE 11 calibrado y validado con datos de campo,simula y predice los fenómenos de transporte y condiciones deautodepuración propios de los ríos de montaña de formacontinua en espacio y tiempo.El modelo MIKE 11 simula escenarios futuros de calidad del ríoChoqueyapu a partir de opciones de tratamiento planteadas.Las variable de contaminantes no conservativos sonpredecibles a través de MIKE 11 en ríos de montaña.

5. CARACTERISTICAS DEL MODELO MIKE 11

MIKE 11 fue desarrollado por el Danish Hydraulic Institute – Water &Environment, con la finalidad de desarrollar análisis de modelizacióndinámica unidimensional de sistemas fluviales y canales sencillos ycomplejos.

MIKE 11 tiene la característica de modelar la hidrodinámica de un río, losfenómenos de advección – dispersión y la calidad de agua, denominado WQECOLAB. Esto significa que el modelo contiene una estructura modularintegrada por varios módulos para cada fenómeno de simulación relacionadacon el sistema fluvial.

El módulo hidrodinámico es el núcleo del sistema y se constituye en la basepara el resto de los módulos. Resuelve las ecuaciones integradasverticalmente para la conservación de continuidad y momento, lo quesignifica resolver las ecuaciones de Saint Vennant para flujos en estado nopermanente como para cuasi permanente (ver ecuaciones abajo).


0)(

`

2

2

ARC

QgQxh

gAxA

Q

tQ

qtA

xQ

El módulo de Advección – Dispersión se basa en la ecuación unidimensionalde conservación de masa de materia disuelta o suspendida. Esta ecuaciónes resuelta por un diseño implícito de diferencias finitas el cual esinicialmente incondicionalmente estable y tiene despreciable dispersiónnumérica.

2/1

2/11

2)(

n

nnj A

QaD

qCAKCxCAD

xxQC

tAC

El módulo de calidad personaliza modelos de ecosistemas acuáticos paradescribir la calidad del agua, eutrofización, metales pesados y ecología. Elmódulo puede llegar a alcanzar procesos complejos, pero cuenta con unsistema básico del estado ecológico de un río como depleción de oxígeno yniveles de amonio como resultado de cargas orgánicas o nutrientes. Regulael proceso de transformación químico-biológico y simultáneamente simula elproceso de transporte. Para ello soluciona un sistema de ecuacionesdiferenciales acopladas que describen las interacciones físicas, químicas ybiológicas en el río. Toma en cuenta constantes como la de desoxigenación,de reaireación y de saturación de Michealis-Menten.

2

220*1

ODKsODknDegradació T

dcb Ihuak ***2

Según Ambrose et al 1994, se puede apreciar una serie de modelosmatemáticos que existen para su utilización y las características de cada uno(ver tabla No.1) donde el Mike 11 presenta características muy importantes ycompletas para su aplicación.


6. SISTEMA DE CONTROL APLICADO , PARAMETROSSELECCIONADOS Y CONDICIONES DE BORDE

El IIS ya tiene establecidos una serie de puntos de control “históricos” quepermiten contar con información de calidad del río Choqueyapu. Son en total15 Nodos principales de monitoreo en el intervalo de análisis, de los cuales10 se encuentran a lo largo del río y 5 en la confluencia de los ríos tributariosque fueron utilizados en el muestreo de 2003 y 2005 que sirvieron de basepara el análisis.

La Tabla 2 y la figura 1 sintetizan la ubicación de dichos puntos de control.

Para el análisis fueron considerados parámetros como el caudal, latemperatura, la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) y el OxígenoDisuelto (OD), estos datos están correlacionados y se constituyen enparámetros no conservativos aptos para su aplicación al modelo MIKE 11.


Figura 1. Puntos de Muestreo en el río Choqueyapu

Tabla No.2 Ubicación de Puntos de muestreo


Los datos que sirvieron de apoyo se presentan a continuación en lasfiguras 2, 3, 4 y 5.

Figuras 2, 3, 4 y 5 Variaciones de caudal, temperatura, OD y DBO en el río Choqueyapu

Adicionalmente es bueno señalar que el análisis de calidad fue circunscrito a laépoca de estiaje que se constituye la condición ambiental menos favorable y lamás crítica del ciclo estacional,por lo que fueron considerados los caudalesmás bajos y la información de los meses de junio a septiembre.

La Figura 6, abajo, sintetiza la segmentación ambiental aplicada al ríoChoqueyapu con la consideración de los puntos de control más críticos delsistema y sus características geométricas, distancias y ubicación.


Para trabajar las condiciones de borde que requiere el modelo se realizaronanálisis de balance de caudales que permitan tener estimaciones adecuadasen materia de flujos. Para estimar los valores de carga de DBO en los tramoscorrelaciones de caudal de descarga y población equivalente fueroninicialmente realizados, para luego indirectamente determinar la DBO dedichos caudales de descarga.

En materia de temperatura, también la correlación con el caudal de descargafue utilizado con una buena correlación para el río Choqueyapu. Finalmentepara el OD de las descargas se utilizo la correlación existente con la DBO endiferentes rangos de caudal.

Las condiciones de borde hidrodinámicas (septiembre 2003) y de calidad deagua se presentan a continuación en las tablas 3 y 4.

Tablas 3 y 4 Condiciones de borde hidrodinámicas y de calidad de agua

7. CALIBRACION Y VALIDACION DEL MODELO

El proceso de calibración se apoyo en información de campo de la campañade septiembre de 2003 y el de validación usando la campaña de agosto de2005. La calibración analizó el módulo hidrodinámico con relación al decalidad de agua.

La calibración del modelo hidrodinámico es fundamental ya que regula eltiempo de transito del agua a lo largo del río y éste a su vez incide sobre latemperatura y el oxígeno disuelto. Para ello se aplicó una calibracióninteractiva usando ambos módulos conjuntamente (Deas y Orlob 1999). Lasvariables de tiempo de transito, que incide sobre la velocidad del agua sesupeditaron al coeficiente de manning que fue calibrado y, asimismo, latemperatura apoyada en la radiación solar y el tiempo de transito.


Calibrado el perfil de temperatura en fase y amplitud se procedió a calibrar elmódulo de calidad de agua en sus componentes OD y DBO. A su vez el perfilde OD se ve afectado por la constante k2 de reaireación y el coeficiente deVan Hof Arrenius. , en tanto que la DBO se ve afectada por la constantecinética de degradación k1 y su coeficiente de Van Hoff Arrenius.

La figura 7 sintetiza el proceso de calibración a través de un diagrama delproceso adoptado.

Fig.7. Diagrama de Flujo del Proceso de calibración

7.1. Resultados de la calibración.

Como resultado de un proceso de varios análisis valorando las diferentesvariables se pudo obtener un perfil longitudinal calibrado de la temperaturadel agua del río Choqueyapu con un R2=0.91. La figura 8 muestra el nivel deajuste del OD haciendo variar k2 con el apoyo de los modelos de Thyssen yO´Connor-Dubbins en rangos recomendados, lo cual generó una correlaciónR2=0.76. Finalmente la DBO fue calibrada ajustando K1 con una bondad deR2=0.60. Las figuras 8, 9 y 10 sintetizan los niveles de calibración.


Figs. 8,9 y 10 datos calibrados por MIKE 11 para Tº, OD y DBO

7.2. Resultados de la validación.

La validación dio correlaciones importantes para la Temperatura, OD y DBO,de 0.85, 0.85 y 0.64, respectivamente. Las figuras 11, 12 y 13 sintetizan elproceso de validación.

Figs. 11 y 12 Calibración con Mike11 de la Tº y el OD.


Fig. 13 Validación de la DBO en el río Choqueyapu

En síntesis el modelo Mike 11 se ajusta perfectamente en la parte alta del ríoChoqueyapu hasta el punto CH-12 (coincidente con la canalización) yposteriormente sobrevalora los valores de OD en la parte baja del ríoChoqueyapu, sin embargo también sobrevalora los niveles de la DBO.

8. ESCENARIOS DE CALIDAD DEL RÍO CHOQUEYAPU

Con el modelo calibrado y validado y con el nivel de correlación establecidose trabajo una serie de alternativas de tratamiento (saneamiento) para el ríoChoqueyapu, entendidas como una evaluación del nivel de reducción delimpacto sobre la calidad del río a partir de ciertas opciones asumidas.

Inicialmente se evaluó con el modelo la capacidad de autodepuración del ríoy posteriormente se valora la capacidad de dilución del río, para finalmentevalorar diferentes condiciones de escenarios futuros que combinan pretratamientos con diferentes niveles de exigencia combinados con alternativasde dilución.

8.1. Capacidad de autodepuración.

Este análisis se desarrolló con la finalidad de establecer en que partes el ríopresenta mayor capacidad de autodepuración, para lo cual se fueronaislando en el modelo calibrado y validado, las diferentes descargasdistribuidas y puntuales que recibe el río a lo largo de su discurrir, estotambién con la finalidad de establecer la posibilidad de construir colectoresque reciban las aguas residuales y las transporten a Plantas de Tratamientode Agua Residual (PTAR), como muestra la figura 14 a continuación. Paralas cargas distribuidas los Puntos de control se aislaron en los tramos que acontinuación se señalan:


Puntos de Control CH-2 a CH-3Puntos de Control CH-3 a CH-4Puntos de Control CH-4 a CH-5Puntos de Control CH-9 a CH-12Puntos de Control CH-12 a CH-13

Fig.14. Colector que aislaría las descargas del tramo CH-2 a CH-3

Con el propósito también de ponderar el efecto de las descargas de los ríosafluentes, los mismos fueron analizados de forma individual. El análisis tienepor objeto priorizar el orden de su relevancia contaminante y tipo detratamiento (primario y/o secundario) que debe ser aplicado. La estabilizaciónde la materia orgánica contenida en el caudal de AR’s de los ríos tributarios,considera de igual forma la construcción de un emisario colector paralelocapaz de transportar el caudal de AS hacia una PTAR ubicada antes de laconfluencia con el Río Choqueyapu. El efluente de esta PTAR será devueltoal cauce principal con el propósito de aprovechar el fenómeno de dilución decaudal, para luego ser conjuntamente desembocados en el cauce del RíoChoqueyapu como descargas puntuales. Los ríos afluentes consideradosfueron los siguientes:


Río Tributario San PedroRío Tributario CotahumaRío Tributario OrkojahuiraRío Tributario IrpaviRío Tributario Huayñajahuira

La idea básica del análisis de la capacidad de autopurificación del Río,consiste en mantener todas las condiciones actuales de descargacontaminante intactas excepto una (cambiarla a descarga no poluída: DBO =0,0 mg/l, y luego ver cuan sensible es el comportamiento de la DBO alcambio de esa descarga (Ver fig. 15). Si se encuentra una importantevariación en el perfil de la DBO de un determinado recorrido, dicho recorridodebe ser identificado como zona sensible de degradación ecológica.

Fig. 15. Sensibilidad de autodepuración del río Choqueyapu

Como puede observarse en la figura 15, claramente el Río Choqueyapu tieneuna capacidad de auto-purificación muy limitada entre la descarga delMatadero Municipal y el puente de la Av. del Ejército (Prog. 4 + 912 a 7 +503), que se debe principalmente a la magnitud de la carga contaminanteque el Río recibe actualmente al atravesar este tramo. A pesar de que el Ríono entra en condiciones anaeróbicas, el cuerpo de agua llega a la localidadde Río Abajo con condiciones no aptas para riego de verduras y hortalizas,siendo éste su principal uso y por ende nuestra principal preocupación.

Nótese además (Fig. 15 - Línea Azul), que gran parte del problema decontaminación del Río sería resuelto si se lograra disminuir la cargacontaminante casi por completo en los primeros 10 kilómetros del Río, enotras palabras, si se adelantara por completo el saneamiento a la parte alta


del Río Choqueyapu, a partir del sector de la Autopista La Paz – El Alto, elcuerpo de agua podría recuperar las condiciones de calidad dadas por la Ley1333.

Debido al actual crecimiento poblacional y su particular distribución a lo largodel Río Choquyapu de la ciudad de La Paz, la aplicación de PTAR’sconvencionales no es una alternativa de tratamiento juiciosa en razón a laescasa disponibilidad de espacio para su implementación. Es necesariosobre entender que todas las PTAR’s aquí propuestas son plantascompactas que entre muchas de sus características, permiten un ahorro ensuperficie de terreno, además de presentar nulo impacto visual debido a suobra civil simple y económica.

Como consecuencia de este análisis, la tabla 5 presenta un listado de laszonas más sensibles a tratar según su orden de importancia y una brevedescripción de las características de las PTAR’s a implementarse.

Tabla 5. Ubicación de colectores y PTAR compactas

8.2. Capacidad de dilución.

También se estudio la influencia que tiene el efecto de dilución de caudal enla capacidad de autodepuración del Río. Para tal objetivo, se programó unincremento secuencial en el caudal que ingresa en la cabecera del Río (CH-1), el cual va variando desde los 25 l/s hasta los 500 l/s, dejándose intactas elresto de las condiciones de borde de calidad e hidrodinámicas aguas abajode este punto. Este análisis indirecto de la autodepuración permite proyectar


medidas de saneamiento alternas. Aplicando el modelo Mike11 calibrado conlos parámetros estimados para una condición de estiaje similar a la de lacampaña de Agosto/2005, se obtuvieron los resultados para el oxígenodisuelto que se presentan en la Figura 16. En la misma se apreciaclaramente que la concentración de OD del Río va mejorando a medida quese incrementa el caudal de ingreso en el punto de control CH-1, lo cualestaría mejorando la capacidad de autodepuración del Río. Es tambiénevidente que la curva correspondiente a un incremento de 25 l/s (color azul),va casi de forma paralela al perfil de OD en condiciones normales (colornegro). Ésta simetría entre el perfil actual y las simuladas va desapareciendoa medida que se van incrementando los caudales en la cabecera del río.

Fig. 16.Variación de la calidad del río en términos de OD por incremento de caudal de dilución

La mejoría alcanzada por el efecto de dilución de caudal afectaprincipalmente a la parte central del Río (CH-4 a CH-12), y en menorproporción al tramo final (CH-12 a CH-15). Independientemente de lacapacidad de autodepuración del Río, esto se puede deber a que laconcentración de DBO presente en el tramo central es mucho mayor conrelación a los caudales que se transportan, por lo que un incremento parcialdel caudal tiene mayor incidencia en este sector que en el tramo final, dondelos caudales manejados son considerables y la concentración de DBO esmenor, haciendo despreciable el efecto de dilución.

Resalta a la vista que si se desea considerar la alternativa de construir unarepresa aguas arriba de la cabecera del Río, para incrementar el caudal deagua únicamente con la propósito de optimizar su capacidad deautodepuración, la idea no es del todo rentable debido al costo/beneficio que


se obtendría, puesto que estaríamos hablando de descargas mayores a los500 l/s, quedando además la incertidumbre en cuanto a que tan razonable esdescontaminar agua residual con agua no poluída, sin embargo, puede existirla posibilidad de una solución combinada en la que la represa cumpla unafunción esencial (abastecimiento de agua por ejemplo), y otra funcióncomplementaria, en la cual el caudal requerido para la dilución provenga delexcedente generado durante la operación de la represa.

8.3 Escenarios Futuros.

Escenario #1 Alternativas de Saneamiento a Corto y Mediano Plazo Laevaluación de la capacidad de autodepuración del Río Choqueyapu, permiteidentificar los tramos mas sensibles en los cuales las descargas de AR’s tienenmayor influencia negativa sobre la concentración de OD. Esta lista de tramossensibles, permite proyectar a priori la ubicación y grado de tratamiento de lasPTAR’s vitales para llevar adelante un programa de saneamiento adecuado.Se vio por ventajosa la implementación de un tratamiento secundario (40%) delconjunto de AR’s que desembocan en ciertos tramos, no obstante, luego devarias corridas con Mike11, se adicionaron otras tres medidas como muestra latabla a continuación.

Tabla 6. Escenario No.1.

Aplicando el modelo Mike11 calibrado con los parámetros estimados para unacondición de estiaje, y condiciones de contorno proyectadas paraSeptiembre/2007, se obtuvieron como resultado las Figuras 17 y 18, quecorresponden a las simulaciones del OD y la DBO respectivamente.


Fig. 17. Modelación del OD, bajo escenario No.1

En el perfil longitudinal de la Figura 17, se aprecian las curvas de OD antes ydespués de la modelación de las alternativas de saneamiento propuestas para elEscenario #1. Se evidencia una notable mejoría del orden de +3,0 mg.O2/l(como valor promedio) desde la altura del matadero municipal (sobre laautopista), hasta el puente de Valencia en la localidad de Río Abajo.Exceptuando el tramo comprendido entre el Surtidor de la Costanera (CH-9) y laProgresiva 20 + 800 (entre CH-13 y CH-14), todos los demás valores de ODsobrepasan la concentración de OD mínima requerida (según Ley 1333), paraclasificar este cuerpo de agua como tipo CLASE B (OD > 70% SAT); Por elcontrario, en el estado ecológico actual (Color Negro), la concentración de ODes menor al 60% de Saturación a partir del Matadero Municipal (CH-3), hechoque perturba radicalmente la recuperación natural del OD aguas mas abajo.

Durante el análisis de escenarios, se barajó la alternativa de Incrementar elporcentaje de eficiencia de remoción en la PTAR Orkojahuira hasta un 60%, encontraposición de No Tratar las aguas del afluente San Pedro. Luego de lascorridas respectivas se apreció que la mejoría proporcionada por una u otraalternativa eran beneficiosas en similar proporción, puesto que para ambascondiciones, sus curvas de OD se igualaban a partir del sector de La Florida.Cotejando ambas gráficas, se optó por implementar en este escenario la PTARSan Pedro (40%), en razón a su razonable eficiencia de tratamiento (tratamientosecundario), y su relevante ubicación (aguas más arriba de la PTAROrkojahuira). También se simuló un escenario adicional con la implementaciónde ambas alternativas de forma simultánea, sin embargo, el costo/beneficioobtenido no justificó su aplicación.


Fig. 18. Evolución de la DBO bajo Escenario No.1

Como puede observarse en la Figura 18, la curva de DBO obtenida presentauna valiosa reducción de materia orgánica del orden de hasta -225 mg.DBO/l enel tramo más sensible (CH-4 a CH-5). A pesar de la valiosa reducciónconseguida, lamentablemente no se alcanza siquiera la concentración límite deDBO admisible para un cuerpo de agua tipo CLASE C (DBO<20 mg/l);encontrándonos como valor promedio 50,0 mg/l mas arriba del valor permisiblede materia orgánica. En síntesis, este escenario gira en torno a la incipiente perotrascendental recuperación ecológica del Río Choqueyapu, limitando susactividades de saneamiento en función al costo/beneficio que éstas producen.

Escenario #2 Alternativas de Saneamiento a Largo Plazo El presenteEscenario #2 propone la recuperación ecológica del Río Choqueyapu mediantela aplicación de un plan intensivo de medidas de saneamiento. Dicho plancontempla el tratamiento previo (primario y secundario), de todas las descargaslíquidas de AR’s domésticas e industriales que desembocan en el Río,incluyendo aquellas zonas designadas como no sensibles. Otra gran diferenciacon respecto al Escenario #1, radica en el nivel de exigencia ambiental con elcual el sector industrial puede descargar sus desechos líquidos. Un detalle delos niveles de tratamiento de la DBO contemplados para las PTAR’s tomadas encuenta, y demás aspectos considerados como alternativas de tratamiento delEscenario #2, se muestran en la tabla 7.


Tabla 7. Escenario No.2

En base a estos datos y usando el modelo Mike11 calibrado, se obtuvieron lascurvas de OD y DBO simuladas para una condición de estiaje pronosticada paraSeptiembre/2007 (Ver figuras 19 y 20 respectivamente).

Fig. 19. Simulación de OD Fig. 20. Simulación de la DBO

En la curva de OD del presente escenario (figura 19 línea color fucsia), seobserva que a partir de La Florida (CH-12), la concentración de OD mejora hastasuperar los 7,20 mg.O2/l (OD > 70% SAT), lo cual permite clasificar el Río apartir de este punto como CLASE B (apta para riego), que es uno de losprincipales objetivos debido al uso de suelo que tiene este sector.Lamentablemente, el tramo precedente que va desde la descarga del ríoCotahuma (Progresiva 10 + 046), hasta la Zona de La Florida (CH-12), no logracatalogarse como cuerpo de agua CLASE B, pese a la mejoría de lascondiciones ambientales aguas arriba de este tramo. No obstante, no debemosolvidar como atenuante que la lectura de los datos fue tomada en la hora mascrítica de la simulación (15:00 Hrs.), por cuanto antes y después de dicha hora


las condiciones de calidad del Río tenderían a mejorar de forma natural. Salta ala vista una vez más que el tronco del problema se ubica en el tramoembovedado que a traviesa el centro de la ciudad. Es en este trecho que el ODsufre una estrepitosa caída que no permite su pronta recuperación hasta llegaral puente de la Av. del Ejército (que coincidentemente es donde termina elembovedado). A diferencia del Escenario #1, la supresión del caudal de diluciónen el presente escenario no permitió mejorar las condiciones ambientales aguasarriba de la descarga del río tributario Cotahuma, lo cual provocó que ladescarga puntual del Río Orkojahuira (progresiva 10 + 406), impacte sobre elOD lo suficiente como para evitar su pronta recuperación, obteniéndose de estamanera concentraciones de OD menores que las obtenidas con el anteriorescenario. Sin embargo, la implementación de PTAR’s consecutivas (comoalternativa de tratamiento en su conjunto), contribuyó con una perceptible mejoraglobal en el nivel de OD alcanzado.

Similarmente, en el perfil longitudinal de concentraciones de DBO (figura 20), sepuede apreciar que la concentración original de DBO (línea color negro),presente en el curso de agua, es notablemente reducida en poco más o menosun 50% de su valor inicial (línea color fucsia), pero no lo suficiente como parapermitir clasificar el cuerpo de agua como Río CLASE C. Una vez más, se haceevidente el profundo impacto negativo que sufre el Río al atravesar el tramoembovedado que pasa por el centro de la ciudad (Tramo CH-4 a CH-5). Deforma análoga al perfil del Escenario #1 (línea color azul), a partir de La Forida(CH-12), la pendiente de la curva de DBO se mantiene casi constante, haciendopoco relevante el fenómeno de autodepuración natural del Río.

Escenario #3 Alternativa de Saneamiento: Caso Intermedio Éste últimoescenario intenta extractar los aspectos más positivos y ventajosos obtenidoscon las dos anteriores propuestas, y desde un enfoque más técnico, suprimiraquellas medidas de saneamiento poco eficientes y/o rentables. Se destacan eneste escenario las siguientes alternativas de saneamiento: 1. Incorporar cincoPTAR’s consideradas vitales: tres plantas de tratamiento a nivel secundario(40%) y otras dos adicionales capaces de remover el 60% de DBO para ciertaszonas sensibles. 2. Exigir al sector industrial un tratamiento previo de susefluentes (Efic. 80%). 3. Aplicar el efecto producido por la dilución de caudal y laimplementación de PTAR’s, como alternativa de una solución combinada. Eldetalle de los niveles de tratamiento de la DBO contemplados para las PTAR’stomadas en cuenta, y demás aspectos considerados como alternativas detratamiento del Escenario #3, se muestran en la tabla 8.


Tabla 8. Escenario No.3

Los resultados de las simulaciones generadas con Mike11 para el presenteescenario, se muestran en las Figuras 21 y 22, perfiles longitudinales de OD yDBO respectivamente.

Fig. 21. Evolución del OD Fig. 22. Evolución de la DBO

Se puede señalar como resultado del escenario 3 que el modelo Mike 11 simulaque se permite alcanzar concentraciones de OD que se ubican por encima del70% del valor de concentración de saturación (fig. 21 línea color verde), lo quepermite clasificar el cuerpo de agua como Río CLASE B en toda su extensión. Aligual que en los dos anteriores escenarios (líneas color azul y fucsia), en elEscenario #3 se observa una notable depleción del oxígeno a la salida del tramoembovedado (CH-4 a CH-5), y a la altura del Surtidor de la Costanera (CH-9),justo después de la descarga del Río Tributario Orkojahuira (línea color verde),por cuanto se considera acertada (aunque insuficiente), la decisión de elevar elnivel de tratamiento a un 60% en estos dos puntos específicos.

En lo que respecta al perfil longitudinal de la DBO (figura 22 línea color verde), lareducción de la materia orgánica alcanzada es notablemente mejor, pero aún


insuficiente si se quiere clasificar el cuerpo de agua según la Ley 1333. Alrespecto se debe señalar que durante la fase de validación del modelo, el perfilde DBO generado presentó un error máximo (por exceso) de 112 mg.DBO/l,motivo entre otros, por el cual el perfil de esta variable fue catalogado como demoderada correlación (R2 = 0.68). Por consiguiente, la curva actual pronosticadaconserva en su origen parte de este error de sobre predicción, por cuanto ladesalentadora reducción de materia orgánica lograda en las últimassimulaciones puede deberse en gran parte a las dificultades de vaticinio quepresenta esta variable del modelo. En ambos perfiles generados (OD y DBO),del presente escenario, las condiciones de calidad del cuerpo de agua sonmejores debido a la eficiencia obtenida al combinar las alternativas desaneamiento de los dos escenarios previos.

Escenarios #4, 5 y 6 Visión Rigurosa de Posibles Alternativas deSaneamiento. Estos escenarios apuntan a cumplir determinados aspectosnormativos vigentes, en otras palabras, se establece de antemano el umbral quese desea alcanzar, y posteriormente se adecuan las alternativas de saneamientopara cumplir dicho propósito. En virtud de ello, y apelando a la clasificación delos cuerpos de agua según el Reglamento en Materia de Contaminación Hídrica- Ley 1333, se definió catalogar el Río Choqueyapu en función a la aptitud deuso que podría tener durante su recorrido, distinguiéndose dos tramoscaracterísticos:

1er. Tramo Ésta primera segmentación del Río Choqueyapu está comprendidaentre las progresivas 0+00 y 15 + 830, que en la práctica corresponden a toda elárea urbana de la ciudad de La Paz, incluyendo la Zona Sur hasta la Zona deAranjuez (CH-13). Según la aptitud de uso que se le puede dar al Río en todaésta extensión, éste fue catalogado como cuerpo de agua CLASE C, debido aque el efluente de las PTAR’s propuestas, podría ser beneficiosamenteempleado para recreación de contacto primario y abastecimiento industrial, entreotras actividades del sector.

2do. Tramo Una segunda segmentación comprendería la parte final de la ZonaSur de la ciudad de La Paz y toda la región de Río Abajo, es decir, desde laZona de Aranjuez hasta el último punto de control aguas arriba del puente deValencia (progresivas 15 + 830 a 31 + 230 respectivamente). Como ya seexpuso en líneas precedentes, la aptitud de uso del agua durante este recorridoes especialmente para el riego de hortalizas y frutas de cáscara delgada,además de emplearse para recreación de contacto primario y abastecimientoindustrial entre otros, aspectos que en su conjunto otorgan a este tramo del Ríola clasificación de CLASE B.

Una vez fijados los umbrales por medio de la clasificación de los cuerpos deagua según su aptitud de uso, se procedió a diseñar las posibles alternativas desaneamiento acorde con los objetivos que se deseaban alcanzar. Un compendiode los niveles de tratamiento sugeridos para cada PTAR contemplada, y demás


aspectos considerados como alternativas de tratamiento de los restantes tresescenarios correspondientes al presente acápite (Escenarios 4, 5 y 6), semuestran en la Tabla No.9 a continuación.

Tabla No.9 Escenarios 4, 5 y 6

Con la información de la Tabla 9 y el modelo Mike11 calibrado para unacondición de estiaje proyectada para Septiembre/2007, se generaron las gráficasde las figuras 23 y 24, que corresponden a las simulaciones del OD y la DBOrespectivamente.

Figura 23. Evolución del OD Fig. 24. Evolución de la DBO

Con el objeto de poder comparar entre escenarios el impacto específico de cadadeterminada alternativa de saneamiento, se optó por graficar en un mismocuadro, los perfiles del escenario actual y de los tres escenarios futuros(Escenarios 4, 5 y 6 del presente acápite), permitiéndose de esta maneraobtener una visión más amplia del problema por medio de la comparación con


los límites establecidos por la Ley 1333. La línea color negro de la figura 23representa el estado actual de la concentración de OD del Río Choqueyapu, ylas líneas a colores los escenarios propuestos 4, 5 y 6. La considerable mejoralograda en los perfiles de OD de los tres nuevos escenarios, obedece al estrictocumplimiento de la Ley 1333 en sus límites establecidos para cuerpos de aguaCLASE B y C (OD > 70% SAT; y OD > 60% SAT respectivamente). La líneapunteada horizontal representa la concentración de saturación de oxígeno (ODSAT) existente en el cuerpo de agua, por cuanto para preservar el ecosistemasaludable, la concentración de oxígeno existente en el río debe aproximarse a laOD SAT. En la figura 23 las concentraciones de OD de los escenarios simuladosestán ligeramente por debajo de la de saturación, lo cual es producto de laoptimización de las alternativas de saneamiento formuladas. Según los nivelesde OD alcanzados, el cuerpo de agua cumple con los aspectos normativosexigidos para clasificar el Río como CLASE B en toda se extensión.

La similitud en el trazo de las curvas de los escenarios 4 y 6 de la figura 23, sedebe principalmente al incremento de caudal en la cabecera del Río, aspectoque no fue considerado como alternativa de saneamiento en el escenario # 5(línea color fucsia), y motivo por el cual a partir del nodo CH-3 (MataderoMunicipal), la concentración de OD presenta mayor sensibilidad a las descargasindustriales y domésticas del centro de la ciudad de La Paz, lo que repercute enun descenso de la concentración de OD.

El perfil longitudinal de la DBO se muestra en las figuras 24 y 25. Ambas figurasexhiben los escenarios 4, 5 y 6 del presente acápite, sin embargo, para un mejoranálisis de las variaciones producidas por las alternativas de saneamiento, elperfil longitudinal fue nuevamente graficado a una mayor escala (ampliación) enla figura 25, la cual se ve a continuación

Figura No.25. Vista ampliada de la Evolución de la DBO


En el estado actual de degradación del Río Choqueyapu, la concentración demateria orgánica llega a superar los 250 mg.DBO/l. Con la implementación delas alternativas propuestas en los escenarios 4, 5 y 6, estas concentracionespueden ser reducidas hasta en nueve veces su valor. El trazo heterogéneo delos perfiles generados se origina en la diversidad de las medidas desaneamiento propuestas para cada escenario. El efecto de dilución tomado encuenta en los escenarios 4 y 6 (líneas color azul y verde respectivamente), evitael súbito ascenso de la DBO en el primer tramo del Río (CH-1 a CH-2), porcuanto tanto para el OD (fig. 24) y la DBO (fig. 25), el efecto de dilución decaudal es vital en los primeros tramos del Río, y puede convertirse a la larga enuna alternativa de tratamiento frente a la dificultad de encontrar espaciosuficiente para la disposición de una PTAR.

El Escenario #6 (línea color verde), combina el efecto de dilución de caudal yniveles altos de tratamiento en los primeros dos tramos del Río, hecho quetrasciende aguas abajo con la obtención de niveles bajos de materia orgánica ala altura de la Av. del Ejército (8.86 mg.DBO/l). Otra medida de saneamientorelevante, es la llevada a cabo con la descarga del Río Tributario Orkojahuira(Prog. 10 + 408), que por la magnitud de su contenido orgánico que transporta,la PTAR correspondiente requiere una eficiencia de remoción del 99%. Éstehecho es verificable si comparamos los escenarios 5 y 6 (líneas color fucsia yverde), que contemplan un 99% de remoción, versus el escenario 4, en el cualse simuló una insuficiente remoción del 90%. Como era de esperarse, a partirdel Puente de Aranjuez (CH-13), la concentración de DBO va disminuyendopaulatinamente casi a una tasa constante.

8.4. Resultados del Análisis de Escenarios.

La generación de futuros escenarios virtuales permitió descartar técnicamente laposibilidad de emplear un sistema de tratamiento regional como alternativa desaneamiento para el Río Choqueyapu. Por el contrario, en razón a la aptitud deuso que se le puede dar al cuerpo de agua, y la escasa disponibilidad deespacio para la ubicación de PTAR’s convencionales, se optó por evaluar eldesempeño que tendría la construcción y ubicación de depuradoras múltiples(PTAR’s compactas), a lo largo de su recorrido. La comparación gráfica de losperfiles generados permitió además evaluar el desempeño general de cadaalternativa de saneamiento propuesta, al mismo tiempo que permitió entender eidentificar procesos dominantes, magnitudes de cargas contaminantesprincipales, y en general entender los problemas de contaminación del RíoChoqueyapu.

El Escenario # 1 es el que representa menor inversión económica debido a quesólo trata un 32 % del total de la carga diaria que recibe el Río Choqueyapu, encontraposición del 84 % de materia orgánica depurado por los escenarios 5 y 6.Si contrastamos esta información con los niveles de OD y DBO alcanzados enlos sectores más desfavorables del Río, es posible tener a priori un juicio acerca


del rendimiento de cada estrategia de saneamiento. Al hacer una evaluación delcosto/beneficio obtenido por cada una de las alternativas de tratamiento,destacan los escenarios 1 y 4 (cada uno en su respectivo grupo), por lasconcentraciones de OD y DBO alcanzadas, y el bajo nivel de tratamientoempleado (32% y 61% de la carga orgánica total respectivamente).

La eficiencia alcanzada tiene que ver con la optimización en el número dePTAR’s, su ubicación, nivel de tratamiento, y combinación con el efecto dedilución, característica que fue necesariamente simulada debido a la falta deespacio suficiente para la ubicación de una PTAR en los primeros tramos delRío. Está claro que los mejores valores de OD y DBO generados correspondena los escenarios 4, 5 y 6, debido a la visión más rigurosa mediante la cual fueideada. En general, en los seis escenarios simulados se produjeron niveles deOD satisfactorios, no obstante, el resultado no fue el mismo con los niveles deDBO. Desafortunadamente, ninguno de los seis escenarios simulados pudogenerar a partir del Puente de Aranjuez, concentraciones bajas de materiaorgánica (< 5 mg.DBO/l), como se tenía previsto según la aptitud de uso delcuerpo de agua a partir de este punto. Al respecto debemos señalar que la curvade DBO pronosticada presenta dificultades de vaticinio que se generarondurante la fase de calibración. Recordemos que durante el establecimiento delas condiciones de borde del sistema, se hizo correr el modelo hidrodinámico porun tiempo de 1 a 2 días, lo cual nos permitió alcanzar un “estado permanente”de las condiciones hidrodinámicas del río gracias a que no existe variación enlos caudales que ingresan y salen del sistema (condiciones de bordeconstantes). Consecutivamente, se aplicó un juego de condiciones de calidad deagua, lo que a su vez permitió que el sistema alcance un equilibrio a lo largo deun cierto periodo de simulación.

Por consiguiente, si interpretamos el anterior párrafo, esto implica que la cargade materia orgánica, es descargada al Río durante las 24 horas del día de formaconstante, lo cual no necesariamente refleja la realidad, puesto que tanto losefluentes domésticos como industriales, son descargados al Río de formaintermitente durante ciertos periodos de tiempo, y no de forma constante ysimultánea durante las 24 horas. En la práctica, el medio receptor poseeintervalos de tiempo durante los cuales puede llegar a recuperarse de formanatural, debido al descenso en la concentración de DBO transportada, aspectoque en el modelo fue sub estimado al no considerarse un coeficiente desimultaneidad que aminore la intensidad de las descargas contaminantes.

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

9.1. CONCLUSIONES

A nivel de las Fases de Calibración y Validación del Modelo

El Río Choqueyapu es un sistema fluvial dinámico, variable en su morfología,flujo y características hidráulicas; todos estos factores influyen en el balance


de energía térmico, y por ende en el destino y transporte de los elementos noconservativos del Río, en otras palabras, la heterogeneidad física ygeométrica del Río Choqueyapu, origina efectos hidráulicos que perturban eltiempo teórico de transito del agua, y repercuten en el comportamiento de lasvariables de calidad de agua a lo largo de su curso.

De forma análoga, el ajuste del coeficiente de rugosidad de Manning influyeel gradiente de la corriente de agua, y consecuentemente su velocidad ytiempo de tránsito. Por consiguiente, una calibración exacta del modelohidrodinámico es crucial, puesto que regula el tiempo de transito del agua alo largo del río y este a su vez impacta directamente sobre la posición ymagnitud del ciclo diario de temperatura del agua.

La aplicación del Método Iterativo de Calibración permitió superar laslimitaciones de la calibración independiente de los módulos: hidrodinámico yde calidad de agua, lo cual permite interrelacionar de forma simultánea eldesempeño de ambos módulos, asegurando una exacta calibración de lafase y amplitud de los perfiles de Temperatura, OD y DBO.

La aplicación del método de Análisis Estadístico a los datos simulados y suserrores asociados (Cuantificación de la Incertidumbre del Modelo), permitióobtener un juicio de la fiabilidad de la modelación y proporcionar además uncriterio objetivo para dar por terminado el proceso de calibración y validaciónde las tres variables: ºT, OD y DBO.

En el perfil generado por Mike11, se observó un pronóstico por exceso de lasconcentraciones de OD, esta sobre predicción puede deberse a la ausenciadel nitrógeno (N) como variable activa en la representación del sistema, cuyocomportamiento en el entorno real además de la demanda de oxígenocarbonácea, considera la demanda de oxígeno nitrogenada.

Los valores de la constante cinética de degradación de materia orgánicaencontrados para el modelo, no necesariamente corresponden a los valoresde la tasa que se obtienen en laboratorio “k

1”, por el contrario, los valores

hallados se adecuan mejor a los de la Tasa de Desoxigenación “kd” (k

1< k

d).

El hallazgo de valores bajos de kd

en determinados tramos del Río (kd≈k

1),

se debe a que su valor depende de la facilidad con que la bacteria aeróbicaencuentra y metaboliza la materia orgánica. Si la masa de agua ha sufridouna dilución de caudal, entonces el valor de k

dserá menor ya que la masa

bacteriana no encuentra tan fácilmente el alimento disponible. El mismoefecto puede causar algún tratamiento biológico previo que ocasiona laprogresiva resistencia de los productos finales más estables (refractarios) ala oxidación bioquímica.

La aparente recuperación ecológica del Río en sus últimos tramos nocanalizados (Zona de Río Abajo), coincide con los tramos en los cuales seregistraron detracciones de flujo, resultantes en la práctica, de un balancehídrico entre el ingreso de excedentes de riego y escorrentía (agua


ligeramente descontaminada), menos la cantidad de agua desviada parariego (agua contaminada). Dicho ciclo permanente no es tomado en cuentaen el balance hídrico interno del modelo, siendo que en la experiencia decampo, su influencia ocasiona la dilución de la concentración de DBOcontenida en la mezcla, lo cual se refleja en una aparente contribución en lacapacidad de autopurificación del Río.

La curva de DBO pronosticada presenta mayores dificultades de vaticiniodebido al estado crítico de simulación considerado. Recordemos que duranteel establecimiento de las condiciones de borde del sistema, se hizo correr elmodelo hidrodinámico hasta alcanzar un “estado permanente” de lascondiciones hidrodinámicas del río gracias a que no existe variación en loscaudales que ingresan y salen del sistema (condiciones de bordeconstantes). Consecutivamente, se asoció un juego de condiciones decalidad de agua a estos caudales, lo que a su vez permitió que el sistemaalcance un equilibrio a lo largo de un cierto periodo de simulación. Porconsiguiente, una interpretación de este fenómeno supone que la descargade materia orgánica al Río es efectuada durante todo el día de formaconstante, lo cual no refleja la realidad, puesto que tanto los efluentesdomésticos como industriales, son descargados al Río de forma intermitentedurante ciertos periodos de tiempo, y no de forma constante y simultáneadurante las 24 horas del día. En la práctica, el medio receptor poseeintervalos de tiempo durante los cuales puede llegar a recuperarse de formanatural, debido al descenso y dilución de la concentración de DBOtransportada, aspecto que en el modelo fue sub estimado al no considerarseun coeficiente de simultaneidad que aminore la intensidad de las descargascontaminantes. A esto se suma como atenuante que la lectura de los datosfue tomada en la hora mas crítica de la simulación (15:00 Hrs.), por cuantoantes y después de dicha hora las condiciones de calidad del Río tenderían amejorar de forma natural.

Los resultados de calibración y verificación del modelo Mike11 se consideranadecuados y suficientemente precisos. Sin embargo en el marco de lainvestigación, se ha reconocido que la incertidumbre en los parámetros yresultados del modelo puede todavía ser reducida, tomando en cuenta quefaltan datos de mediciones bajo otras condiciones hidrológicas.

A nivel del Análisis de Sensibilidad y de Escenarios

El Análisis de Sensibilidad de Primer Orden dio a conocer que losparámetros k

dy k

mproducen un considerable efecto sobre el OD

(comparando en términos relativos el efecto versus causa), por consiguientese convierten en parámetros relevantes para la calibración del modelodebido a su notable efecto sobre las variables analizadas. De forma análoga,a través del Coeficiente de Sensibilidad S

ij(comparando en términos

absolutos el efecto versus causa), se comprueba que los coeficientes detemperatura θ

1y θ

2, carecen de relevancia como parámetros de calibración,

pero adquieren importancia en la necesidad de fijar previamente en


laboratorio sus valores exactos para poder hacer conjeturas científicas másacertadas.

El análisis de escenarios mostró que en caso de interceptar y tratar las AR’sen cualquier sub-tramo del Río, se debe asegurar en la PTARcorrespondiente una eficiencia de tratamiento del 80% como mínimo, casocontrario la descarga puntual de este efluente no completamente depurado,podría ocasionar una intensa depleción del OD y tener un mayor impactonegativo que las condiciones actuales de descarga.

Asímismo, se demostró que es importante concienciar al Sector Industrial denuestra ciudad, acerca del tratamiento previo “tratamiento adecuado” de susefluentes (Efic. 80%), de manera tal que sus descargas líquidas se asemejenen calidad a las aguas residuales domésticas, para que puedan luego sercompletamente depuradas en las plantas de tratamiento urbanas.

La modelación de escenarios en los cuales se incluyó la implementación dePTAR’s compactas y el efecto de dilución de caudal como solucióncombinada, elimina la dificultad que representa la disponibilidad de espaciosuficiente para la ubicación de PTAR’s convencionales en la parte alta de lacuenca.

Se demostró que se considera pertinente considerar entre otras alternativasnovedosas de saneamiento, el aumento del caudal base de dilución de lacorriente al paso por la parte alta de la cuenca.

El análisis de un primer escenario a corto y mediano plazo, y un segundo alargo plazo, permitió construir un tercer caso capaz de combinar lo mejor delos dos anteriores escenarios, al mismo tiempo que brinda la posibilidad depoder ser implementado priorizando aquellas medidas de saneamientovitales, y que por tanto deberían ser implementadas de forma inmediata, deaquellas que por razones económicas principalmente, pueden ser aplicadasposteriormente.

Se requiere una revisión del esquema vigente de saneamiento del RíoChoqueyapu. Éste propone la implementación de un sistema de tratamientoregional único ubicado a la salida de la ciudad, desistiendo así de larecuperación ecológica del Río en la parte alta de la cuenca. Las alternativasmodeladas indican que el sistema de tratamiento regional no es la mejoropción para mejorar las condiciones ecológicas de la corriente, en especial silas condiciones de calidad del agua en la corriente al comienzo de la ciudadestán tan deterioradas como las actuales.

En razón a la aptitud de uso que se le puede dar al cuerpo de agua, y laescasa disponibilidad de espacio para la ubicación de PTAR’sconvencionales, se propone la revisión y el avance en el desarrollo delsistema de alcantarillado y la implementación de Depuradoras MúltiplesCompactas a lo largo de la ciudad, de tal manera que se integren claramentetodos los componentes del sistema, es decir, Río, Alcantarillado y Planta deTratamiento.


La formulación de los escenarios virtuales desde distintos enfoques técnicospermitió además de evaluar medidas de saneamiento juiciosas, tener uncriterio objetivo del grado de tratamiento que requiere el Río Choqueyapupara poder cumplir con las políticas ambientales de nuestro país.

Dado que los reportes de estudios experimentales previos referidos al temaaún son incipientes, los resultados del presente estudio fortalecen laaplicación de los modelos de calidad utilizados para predecir el transporte decontaminantes no conservativos del Río Choqueyapu.

A nivel del Modelo Mike11

Cualquier detracción de flujo en el Río es simulada en Mike11 a través delingreso de caudales negativos en el nodo seleccionado, lo cual implica quela concentraciones de OD y DBO contenidas en la masa de agua sustraídadeben también ser especificadas como datos, para que Mike11 pueda hacerel correspondiente balance de masa. En el entorno real, éstasconcentraciones de OD y DBO corresponden al los de la mezcla en elmomento del desvío, sin embargo, sus valores son totalmente dinámicos yaque dependen de las condiciones aguas arriba del punto de extracción y porlo tanto son difíciles de determinar, lo cual se convierte en una desventajapara la aplicación de Mike11.

Si bien Mike11 posee la opción de aislar el dominio del fenómeno modelado,del entorno real del mundo, es preferible tomar en cuenta para laconformación de la rejilla de elementos finitos del río, dos nodos adicionalse,uno al inicio y otro al final del tramo en análisis. Ésta consideración permitiráun mayor control de cualquier distorsión en los resultados generados para elintervalo estudiado.

Cuanto menor es la cantidad de datos de entrada requeridos para hacercorrer el modelo, es de esperarse que la incertidumbre total de los resultadossea menor. Esto se debe a que en modelos complejos, la representación deciertos procesos implica la introducción de parámetros adicionales con lascorrespondientes incertidumbres asociadas a su determinación, aspecto quese minimiza en el caso de modelos simplificados. Por consiguiente, el tipo ycomplejidad del modelo más apropiado para una determinada aplicacióndepende de los objetivos del proyecto y la disponibilidad de datos. En el casopráctico, la selección del nivel de complejidad del modelo Mike11 fuerealizada tomando en cuenta la cantidad y calidad de la informacióndisponible (datos de muestras de calidad de agua).

La aplicación de Mike11 en el Río Choqueyapu se constituye ahora en unaherramienta de mayor precisión para ser utilizada con fines de seguimiento ycontrol por las entidades ambientales, a la vez que la metodología decalibración empleada puede ser aplicada a otras corrientes, contribuyendo alconocimiento del estado de los recursos hídricos del país, con lo cual sefavorece el desarrollo de futuros estudios de modelación de calidad de agua.


9.1. Recomendaciones

Los bajos coeficientes de sensibilidad encontrados ratifican la insignificantesensibilidad de la DBO con respecto a los parámetros estudiados. Éstehallazgo hace presumir que la calibración de la DBO como variable delmodelo, depende principalmente de la cantidad de materia orgánica queintercambia el sistema, y secundariamente del efecto de la tasa dedesoxigenación. Por tanto, mientras no se tenga confiablemente censada lacantidad de carga orgánica proveniente de nuestro parque industrial, la DBOse hace una variable difícil de calibrar con precisión. Al respecto se formulapara estudios posteriores, la alternativa de no usar la cantidad de materiaorgánica que ingresa en el sistema como condición de borde, si no por elcontrario como parámetro de calibración de la DBO, siempre y cuando setengan ya valores definitivos y confiables de los demás parámetros.

Bajo las condiciones actuales de calidad del agua del Río en sus primerostramos, deterioradas aún mas por las descargas de AR’s al paso por la partecentral de la ciudad de La Paz, es necesario considerar alternativasnovedosas de saneamiento en toda la parte alta de la cuenca, por lo que sepropone extender el plan de monitoreo orientando las subsiguientescampañas de medición a proporcionar información específica con fines demodelación matemática.

La simulación de los escenarios desde una visión de saneamiento masrigurosa destacó lo estricto de nuestra norma vigente en cuanto a laclasificación de los cuerpos de agua según su aptitud de uso, haciendo notarque podría ser aceptable incluir una catalogación intermedia entre Clase B yC, que permita por ejemplo: la utilización de efluentes tratados en actividadesde riego de áreas verdes, limpieza de calles, etc, con lo cual se abriría laposibilidad de emplear tecnologías de tratamiento acordes con la realidad delpaís.

Las experiencias de campo dadas por la calibración de modelos de calidadson esenciales para el óptimo manejo y control de los recursos hídricos, porlo tanto, la implementación paulatina de un programa de saneamiento otorgala oportunidad de ir reduciendo la incertidumbre del modelo por medio de lamedición in situ y retroalimentación continua del programa, al mismo tiempoque brinda la oportunidad de incluir secuencialmente el pronóstico decontaminantes adicionales como: nutrientes, coliformes y metales pesadosentre los mas relevantes.

El trabajo aquí presentado brinda la oportunidad de tener un criterio objetivode la forma en la cual se puede llevar adelante un programa de saneamientopara el Río Choqueyapu. Es menester considerar que si no se tomandecisiones ahora, en un futuro próximo estas opciones corren el riesgo dequedar completamente desactualizadas por los costos de su aplicación.Aspectos más específicos concernientes al tipo de tratamiento que se puedeaplicar (utilización de humedales, tratamiento biológico, etc.), implica lanecesidad de realizar un Censo del Sector Industrial de nuestra ciudad “si nose sabe que se tiene, no se sabe que se va tratar”.


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PROYECTO DE INVESTIGACION MIKE11 FIN - UMSA

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