Propuesta para la planificación y gestión integrada de los recursos hídricos del NE de la Provincia de Córdoba, Argentina (Red Pictor 2)

Relevamiento y estudio de aspectos relacionados con el conjunto hídrico, ecológico y paisajístico asociado con la Laguna de Mar Chiquita, y una propuesta de Plan Director integrado que permita lograr un funcionamiento sustentable del sistema. Abarcará la recopilación de antecedentes sobre variaciones en los regímenes hidrológicos de la laguna y sus tributarios, junto con las variaciones en calidad de agua y sus consecuencias sobre el ecosistema dependiente. Se utilizará la información disponible en bases de datos de organismos públicos, y a partir de trabajos anteriores del grupo de investigadores involucrados, sobre caudales, calidad de agua, recursos en flora, fauna, paisaje, y sus variaciones en función de los cambios hidrológicos, climáticos, o por efecto de contaminación del medio. Se realizarán también estudios exploratorios para identificar factores de riesgo y cambios evidentes o inminentes en los ecosistemas causados por mal uso o contaminación del recurso hídrico. Dichos estudios abarcarán relevamientos, monitoreos planificados y/o verificaciones in situ, con posterior análisis de los datos obtenidos, análisis de muestras de agua y sedimento en la laguna y sus tributarios, evaluación de cambios en comunidades de peces, aves, plantas, paisaje, etc.

Manual de procedimientos para el cálculo de lluvias de diseño. Escala provincial y nacional

El diseño hidrológico se define como la evaluación del impacto de los procesos hidrológicos y la estimación de los valores correspondientes a las variables representativas con fines de diseño. Las pautas para establecer un valor de diseño para obras hidráulicas son el costo y la seguridad. Sobredimensionar las obras es antieconómico, en tanto que, si las estructuras se subdimensionan pueden fallar con resultados catastróficos. Los estudios dirigidos a determinar las crecidas de proyecto de diversas estructuras hidráulicas requieren series de datos históricos de caudal, pero esta información en nuestro país es poco frecuente. En esos casos, el análisis se hace sobre las precipitaciones causantes del fenómeno denominadas lluvia de diseño. El equipo responsable de este proyecto tiene una experiencia de investigación y desarrollo de más de 15 años en el tema. Por lo que el objeto de la presente propuesta es plasmar los avances alcanzados sobre las lluvias de diseño en un manual que permita brindar una herramienta técnica (a escala provincial y nacional) a los profesionales dedicados a la planificación, proyecto y construcción de obras hidráulicas

Estudios de erosión hídrica, dinámica del agua y prácticas de control en una cuenca de la región central de Córdoba

Los fenómenos de Erosión Hídrica e incremento de los volúmenes de escurrimiento se han agravado notablemente al haberse incrementado la superficie sembrada con soja, provocando graves perjuicios económicos en obras de infraestructura y localidades urbanas. Como un aporte para la planificación tanto predial como a nivel de cuenca y territorial se postula que: La captación y conservación de las aguas de lluvia, disminuyendo el escurrimiento superficial, disminuye la erosión y aumenta la disponibilidad de agua para los cultivos. La medición de caudales permite evaluar los métodos de cálculo del escurrimiento para la cuenca y poseer una herramienta para el correcto dimensionamiento de las obras de ingeniería hidráulica así como para la protección contra los excedentes hídricos. Para probar las hipótesis planteadas se propone: Evaluar los procesos hídricos y los aspectos fisiográficos de la cuenca en sus dimensiones espacial y temporal para la conformación de un banco de datos. Examinar las técnicas clásicas para la determinación de caudales de proyecto. Evaluar el impacto de los cambios en las prácticas de uso y manejo de suelo sobre la generación de excedentes hídricos. Cuantificar el fenómeno erosivo en tierras agrícolas. Probar la eficacia de algunas prácticas agrícolas en la disminución de la erosión hídrica, la captación de agua y el rendimiento de los cultivos. Demostrar los beneficios económicos del control de la erosión. Se busca demostrar la ventaja económica del control de la erosión para facilitar su aplicación por los productores y proveer a los profesionales e instituciones de herramientas adaptadas a la zona para el manejo de esta problemática.

Modelación numérica hidrodinámica de calidad del recurso en lagos y reservorios

El presente plan de trabajo consiste en el desarrollo de un modelo numérico para la simulación de la hidrodinamia en lagos, así como de los procesos de transporte turbulentos asociados que rigen la calidad del recurso. Este modelo a su vez se apoyará en mediciones de campo propias que permitan la verificación de resultados de simulación. Inicialmente se simulará y caracterizará la respuesta hidrodinámica, termodinámica y química (biológica) de un volumen de control bidimensional a un "input" atmosférico representado tanto por variaciones en la radiación solar como en la acción del viento sobre la superficie libre del cuerpo de agua, o por el efecto de efluentes/afluentes líquidos a un embalse con diferentes temperaturas medias. (...) El objetivo a largo alcance del proyecto lo constituye la modelación tridimensional de corrientes en cuerpos de agua, inducidas tanto por el viento como por estratificaciones térmicas así como por flujos líquidos de entrada/salida, para finalmente acoplarla con modelos de calidad de agua que resuelvan ecuaciones de transporte para oxígeno disuelto, demanda biológica de oxígeno, fósforo, nitrógeno, etc., considerando asimismo procesos de intercambio de calor y masa (oxígeno) en los contornos del sistema (principalmente en su superficie libre). Como sistema de estudio para los trabajo de campo se selecciona el embalse del Lago San Roque, donde se desarrollarán campañas de monitoreo periódico empleando la infraestructura del CIHRSA y la experiencia de su personal. Para la calibración y verificación del código numérico se emplearán también bases de datos externas y, dependiendo del grado de avance del proyecto PIC, se incorporarán resultados inéditos de laboratorio, los que serán claves para la especificación del rol desempeñado por estructuras turbulentas coherentes.

Técnicas Experimentales para Caracterizar Flujos Complejos. Experimental techniques for complex flows characterization.

En ambientes fluviales, la interacción del flujo con la geometría del cauce y con los sedimentos del lecho define una dinámica turbulenta compleja en permanente evolución. El nivel de complejidad del flujo aumenta ante la presencia de estructuras hidráulicas (pilas de puentes, protecciones contra erosión, etc.). La mayoría de los ríos, o canales naturales, presentan confluencias y bifurcaciones, en donde se genera una convergencia (o divergencia) del flujo con el resultado de un ambiente hidrodinámico complejo en la cercanía de las uniones (Kenworthy y Rhoads 1995). Bajo estas condiciones no es posible extrapolar las soluciones tradicionales básicas de las ecuaciones de gobierno desarrolladas para canales rectos y uniformes. Algunas investigaciones experimentales realizadas en estos sistemas son las de Best (1988), Rhoads y Sukhodolov (2001), Richardson et al. (1996); Richardson y Thorne (1998, 2001); Parsons et al. (2004); Szupiany et al. (2005).Por otro lado, la zona costera en ambientes marítimos se caracteriza por la existencia de diversos procesos dinámicos, entre los que se destacan la acción de olas, corrientes, interacción olas-corrientes, transporte de sedimentos y cambios batimétricos. Estos se manifiestan en una alteración morfodinámica de la playa generando superficies potenciales de erosión. Así, el diseño de las protecciones costeras (ya sean continuas, como escolleras o muros verticales; o discontinuas como espigones o diques externos) sometidas al clima marítimo bajo distintas condiciones de olas y mareas, alteran los patrones de circulación y de transporte afectando la morfodinámica en su zona de influencia y plantean, por ejemplo, la necesidad de ajustes de los coeficientes de estabilidad y pesos de los bloques de roca de las escolleras. Los problemas generados, son especialmente complejos ya que deben considerarse para su estudio, los niveles de turbulencia, la transmisión del oleaje sobre o a través de la estructura, difracción alrededor de la misma, refracción y shoaling sobre un fondo dinámico, reflexión en la estructura, etc. (Alsina et al., 2007) Revisiones bibliográficas previas muestran que, en ambos ambientes (fluvial y marítimo), es necesario optimizar las técnicas experimentales existentes para que ellas permitan caracterizar con precisión los flujos turbulentos complejos presentes. El objetivo general propuesto en esta investigación es contribuir a mejorar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos de flujos turbulentos naturales con y sin la presencia de estructuras hidráulicas que den lugar a formaciones complejas (3D). Para alcanzar este objetivo se propone realizar una recopilación de antecedentes y un análisis crítico detallado de los equipos de ultima generación para mediciones de flujo con alta frecuencia y resolución disponibles en el Laboratorio de Hidráulica (LH) de la Universidad Nacional de Córdoba (UNC): ADV 3D (Acoustic Doppler Velocimeter de Sontek) y laser PIV 2D (Particle Image Velocimeter de Dantec). A estos equipamientos se le agrega un moderno equipo de generación bidimensional de oleaje con absorción dinámica (adquiridos a HR Ltd. en 2007 por el CAI 085 del FONTAR). Finalmente se prevé utilizar este equipamiento durante el desarrollo de experimentos y mediciones los cuales se realizarán sobre modelos físicos fluviales y costeros diseñados y construidos con y sin estructuras que interactúen con flujo turbulentos complejos. Los resultados obtenidos en este proyecto permitirá alcanzar una mejor comprensión de los procesos hidrodinámicos de los flujos turbulentos complejos, lo cual es necesario y de gran utilidad para realizar un manejo apropiado de los ambientes fluviales y marítimos, teniendo como campo directo de aplicación el correcto diseño de estructuras hidráulicas, asistiendo a la toma de medidas correctivas en sistemas naturales sometidos a procesos erosivos o de sedimentación, y contribuyendo de esta forma al manejo ambientalmente sustentable de los recursos.

Manual de procedimientos para el cálculo de lluvias de diseño – (escala provincial y nacional).

El diseño hidrológico se define como la evaluación del impacto de los procesos hidrológicos y la estimación de los valores correspondientes a las variables representativas con fines de diseño. Las pautas para establecer un valor de diseño para obras hidráulicas son el costo y la seguridad. Sobredimensionar las obras es antieconómico, en tanto que, si las estructuras se subdimensionan pueden fallar con resultados catastróficos. Los estudios dirigidos a determinar las crecidas de proyecto de diversas estructuras hidráulicas requieren series de datos históricos de caudal, pero esta información en nuestro país es poco frecuente. En esos casos, el análisis se hace sobre las precipitaciones causantes del fenómeno denominadas lluvia de diseño. El equipo responsable de este proyecto tiene una experiencia de investigación y desarrollo de más de 15 años en el tema. Por lo que el objeto de la presente propuesta es plasmar los avances alcanzados sobre las lluvias de diseño en un manual que permita brindar una herramienta técnica (a escala provincial y nacional) a los profesionales dedicados a la planificación, proyecto y construcción de obras hidráulicas.

Análisis experimental y caracterización de pavimentos porosos y su respuesta hidrológica

El extenso uso de pavimentos impermeables trae consigo, sobre todo en áreas de un importante desarrollo urbano, considerables problemas en la evacuación de las aguas lluvias. El uso indiscriminado de estas estructuras en áreas urbanas, disminuye notoriamente la capacidad de recarga natural de agua en los terrenos, e incrementa de forma considerable el volumen y el caudal del escurrimiento superficial, aumentando el riesgo de provocar inundaciones. Además, cuando el agua de las lluvias escurre, arrastra consigo materiales sólidos y contaminantes depositados en calles y estacionamientos. Una de las alternativas posibles para la remediación de esta problemática es el uso de pavimentos porosos. Lamentablemente, en nuestro país no se ha extendido la aplicación de estas tecnologías que conllevan importantes beneficios económicos y ambientales, entre los cuales pueden citarse la mejora en la calidad de los efluentes pluviales, la flora arbórea urbana más longeva y mejor desarrollada, la reducción del efecto de “isla térmica” en las grandes ciudades, la reducción notable de la contaminación acústica, el aumento de la seguridad vial, y reducción de costos, considerando integralmente el sistema vial y el sistema de drenaje pluvial. Los beneficios ambientales descriptos justifican plenamente su amplio uso en los países desarrollados. Como objetivo principal se plantea caracterizar experimentalmente el comportamiento hidrológico-ambiental de pavimentos porosos que puedan ser fabricados con materiales y tecnología local, e inferir los posibles beneficios que su uso pudiera acarrear en el medio ambiente. Como metodología se propone el estudio teórico-experimental, desde la tecnología de los materiales, en el diseño y conocimiento de las propiedades en estado fresco y endurecido y en la durabilidad de hormigones porosos elaborados con materiales locales. Para la caracterización hidrológica se fabricarán parcelas de pavimento poroso, las cuales serán ensayadas mediante el uso de un microsimulador de lluvia, midiendo la intensidad de lluvia generada y el escurrimiento superficial resultante. Estos experimentos podrán repetirse para distintas intensidades de lluvia generada, la cual puede graduarse en el rango de 65 a 120 mm/h. A partir de los datos recopilados, podrán ajustarse parámetros hidrológicos que permitan describir el comportamiento de estas superficies, en comparación con la situación natural y la actual (pavimentos impermeables). Se ajustarán modelos de infiltración que permitan extrapolar en forma hipotética la situación a escalas mayores, y cuantificar preliminarmente los beneficios hidrológico-ambientales que produciría este tipo de tratamiento superficial en el ambiente urbano. Como resultados de este proyecto se espera obtener: una verificación de las posibilidades de los materiales locales, brindando bases evolucionadas para su empleo en la construcción; una metodología para caracterizar en forma preliminar la capacidad de infiltración de muestras reducidas de pavimento poroso; un sensor electrónico para automatizar las mediciones del microsimulador de lluvia; una metodología para caracterizar experimentalmente la capacidad de infiltración de los pavimentos porosos propuestos, basada en el uso del simulador de lluvia disponible en el Laboratorio de Hidráulica; un conjunto de resultados experimentales que posibiliten analizar el comportamiento hidrológico-ambiental de estas superficies; un conjunto de parámetros que permitan cuantificar la respuesta hidrológica de estos pavimentos y una estimación preliminar de los hipotéticos beneficios asociados al uso de estas tecnologías. Se considera que el Proyecto puede servir como puntapié inicial para el análisis de viabilidad, a nivel local, del uso de tecnologías de pavimentación novedosas en el país, pero con varias décadas de experiencia a nivel internacional. Los beneficios medioambientales asociados a los pavimentos porosos, justifican plenamente su investigación a nivel local.

Modelación hidrológica de cuencas y del impacto producido por los incendios en la zona serrana de la provincia de Córdoba.

En la zona central semiárida del país en general, y en particular en las sierras de Córdoba, resulta de vital importancia conocer el comportamiento de los caudales tanto en épocas de crecidas como en períodos de estiaje. Por otra parte, los incendios en la cobertura vegetal pueden considerarse como un factor de disturbio debido al fuerte impacto que ejercen sobre los componentes del sistema. En los últimos años esta problemática se ha convertido un escenario recurrente en el medio local. En este sentido, la modelación matemática hidrológica constituye una herramienta para la caracterización de los recursos hídricos, en crecidas y estiajes, y permite la evaluación objetiva de los cambios producidos en las respuestas del sistema ante distintos impactos. Se considera como objetivo principal la caracterización de los caudales en la zona serrana de la provincia, y la modelación numérica del impacto producido por los incendios en caudales de estiajes, de crecidas y en los procesos de erosión superficial. Para ello se plantean tres lineas de trabajo: •Desarrollo de un modelo hidrológico conceptual, distribuido, integrado (superficial y subterráneo) y continuo especialmente orientado a representar el comportamiento hidrológico de las cuencas de pequeña y mediana escala. •Implementación de un modelo hidrológico distribuido acoplado a un modelo de calidad de aguas y de producción de sedimentos, antes y después de la ocurrencia de un incendio hipotético. •Implementación de un modelo hidrológico continuo, desarrollado en el ámbito del Laboratorio de hidráulica, simulando el impacto de los incendios en el hidrograma de caudales diarios, en particular sobre los caudales de estiaje. Se espera obtener un software que permita la caracterización de los caudales en estiajes y en crecidas y considere integradamente los flujos superficiales y subterráneos. Se pretende evaluar objetivamente el impacto de los incendios en caudales de crecidas, en la producción de sedimentos y erosión superficial que ellos producen. Comparando la respuesta del hidrograma y el sedimentograma resultante a la distribución de las áreas incendiadas y generando mapas de riesgos en función de estos resultados para la cuenca de aplicación. También se espera adaptar el modelo continuo al caso de estudio seleccionado, y desarrollar una metodología para el ajuste de parámetros hidrológicos en base a la ocurrencia de incendios que pueda ser aplicada a las condiciones locales. Implementar dicho modelo e inferir el cambio en la recurrencia de los caudales extremos de estiaje. Resulta atractivo contar con una herramienta de desarrollo local adaptada a las condiciones hidrológicas de la región, dada la escasez relativa del recurso y su importancia estratégica en el desarrollo futuro. Además se considera que éste constituye un primer intento de modelar numéricamente el impacto producido por los incendios en la provincia de Córdoba. En el ámbito de este proyecto se realizarán tres tesis de maestría.

Optimización de sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes en pequeñas urbanizaciones combinando tecnologías flexibles que permitan la reutilización del agua tratada.

En el Valle de Punilla, provincia de Córdoba, el aumento de la densidad demográfica, el desarrollo de la industria y el impulso de la actividad turística produjo un incremento en la demanda de agua potable y en la generación de aguas residuales. Un alto porcentaje de viviendas y pequeñas urbanizaciones no están conectadas a la red cloacal y utilizan sistemas in-situ para el tratamiento de sus efluentes líquidos como cámara séptica, y para su disposición final pozos absorbentes o sangrías. Debido a los bajos rendimientos documentados de este sistema de tratamiento, las aguas ineficazmente tratadas lixivian arrastrando sustancias tóxicas que contaminarán las napas freáticas. Además y fundamentalmente, imposibilita su posterior reutilización para el llenado de acuíferos superficiales, irrigación agrícola y ornamental, procesos industriales, y otros usos. A fin de disminuir el impacto ambiental se plantean innovadores prototipos modulares a escala real para ser anexados con los sistemas de saneamiento existentes, objetivo del presente trabajo. Como tratamiento secundario se diseñarán, construirán y pondrán en operación dos módulos biológicos, uno de naturaleza aeróbica -biodiscos- y otro de naturaleza anaeróbica -decantador de flujo ascendente- ambas tecnologías no tradicionales que pueden ser acopladas de manera individual o conjunta. Experiencias previas del equipo, muestran que la eficiencia del módulo aeróbico resulta superior al 86% calculada a partir de los parámetros sanitarios. Se pretende mejorar aún más, la eficacia de la etapa biológica razón por la cual, se ensamblará el módulo anaeróbico. Para lograr reutilizar las aguas tratadas se deberán someter a un proceso de cloración previa al vertido, lo cual no garantiza que su calidad sea la adecuada según la legislación vigente. Por tal motivo se investigará el uso alternativo de un ozonizador como tratamiento terciario, metodología seleccionada por su efectividad e inocuidad para la desinfección bacteriana e inactivación viral. El modelo de integración de tecnologías existentes con tecnologías biológicas no tradicionales es una opción ecológica y económicamente viable ya que mejora la eficiencia del tratamiento, permite su reutilización y resuelve en un futuro próximo una de las problemáticas ambientales que más preocupan a la sociedad y que más afectan a las comunidades vulnerables, la contaminación y la escasez del recurso hídrico.

Optimización de sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes en pequeñas urbanizaciones combinando tecnologías flexibles que permitan la reutilización del agua tratada.

En el Valle de Punilla, provincia de Córdoba, el aumento de la densidad demográfica, el desarrollo de la industria y el impulso de la actividad turística produjo un incremento en la demanda de agua potable y en la generación de aguas residuales. Un alto porcentaje de viviendas y pequeñas urbanizaciones no están conectadas a la red cloacal y utilizan sistemas in-situ para el tratamiento de sus efluentes líquidos como cámara séptica, y para su disposición final pozos absorbentes o sangrías. Debido a los bajos rendimientos documentados de este sistema de tratamiento, las aguas ineficazmente tratadas lixivian arrastrando sustancias tóxicas que contaminarán las napas freáticas. Además y fundamentalmente, imposibilita su posterior reutilización para el llenado de acuíferos superficiales, irrigación agrícola y ornamental, procesos industriales, y otros usos. A fin de disminuir el impacto ambiental se plantean innovadores prototipos modulares a escala real para ser anexados con los sistemas de saneamiento existentes, objetivo del presente trabajo. Como tratamiento secundario se diseñarán, construirán y pondrán en operación dos módulos biológicos, uno de naturaleza aeróbica -biodiscos- y otro de naturaleza anaeróbica -decantador de flujo ascendente- ambas tecnologías no tradicionales que pueden ser acopladas de manera individual o conjunta. Experiencias previas del equipo, muestran que la eficiencia del módulo aeróbico resulta superior al 86% calculada a partir de los parámetros sanitarios. Se pretende mejorar aún más, la eficacia de la etapa biológica razón por la cual, se ensamblará el módulo anaeróbico. Para lograr reutilizar las aguas tratadas se deberán someter a un proceso de cloración previa al vertido, lo cual no garantiza que su calidad sea la adecuada según la legislación vigente. Por tal motivo se investigará el uso alternativo de un ozonizador como tratamiento terciario, metodología seleccionada por su efectividad e inocuidad para la desinfección bacteriana e inactivación viral. El modelo de integración de tecnologías existentes con tecnologías biológicas no tradicionales es una opción ecológica y económicamente viable ya que mejora la eficiencia del tratamiento, permite su reutilización y resuelve en un futuro próximo una de las problemáticas ambientales que más preocupan a la sociedad y que más afectan a las comunidades vulnerables, la contaminación y la escasez del recurso hídrico.