PROYECTO DE GRADO POR : Ing. Leo Rodríguez Badillo DIRECCIÓN DE PROYECTO: Ing. Oliva Atiaga M. Sc....
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ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN Y MODELAMIENTO DE PARÁMETROS FÍSICO
QUÍMICOS EN EL CURSO MEDIO-ALTO DEL RÍO PUYO
PROYECTO DE GRADO POR: Ing. Leo Rodríguez Badillo
DIRECCIÓN DE PROYECTO: Ing. Oliva Atiaga M. Sc.
OPONENTE: Ing. José Luis Carrera M. Sc.
2013
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOUNIDAD DE GESTIÓN DE POSTGRADOMAESTRÍA EN SISTEMAS DE GESTIÓN AMBIENTAL
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INTRODUCCIÓN
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INTRODUCCIÓNAntecedentes
El río Puyo es un cauce hídrico permanente, tributario de la margen izquierda del río Pastaza.
Alcanza una longitud de ap. 37 km Conforma una subcuenca que abarca aproximadamente
370 km2 En sus márgenes se asienta la ciudad de Puyo y otros
centros poblados cuyas descargas líquidas han deteriorado la aptitud del recurso.
El problema se ha incrementado debido a una rápida expansión urbanística y a la falta de adopción de medidas de tratamiento de las aguas residuales.
Por estos motivos, se justifica la realización de estudios que contribuyan al diagnóstico y caracterización de la problemática que faciliten el aprovechamiento racional del río.
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INTRODUCCIÓNModelamiento de Calidad de Agua
El análisis y modelamiento de la calidad del agua en un medio receptor es una práctica de ingeniería ambiental muy común que contribuye al diseño de estrategias para la preservación de los recursos hídricos (PETRONI, 2000).
Uno de los primeros modelos desarrollados para predecir los efectos de la descarga de material orgánico biodegradable sobre el oxígeno disuelto de un río o corriente de agua fue el modelo matemático de Streeter-Phelps el cual ha dado origen además a algunos modelos derivados.
El modelo de Streeter-Phelps determina la evolución que sufre la materia orgánica biodegradable vertida en un punto de un río y la concentración de oxígeno disuelto que se deriva de ello.
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OBJETIVOSObjetivo general
Realizar un análisis de la contaminación del agua en el curso medio-alto del Río Puyo (entre las poblaciones de Fátima y Unión Base, provincia de Pastaza) mediante el modelamiento de dos parámetros físico químicos
Objetivos específicos Identificar los principales afluentes que
incorporan materia orgánica contaminante al segmento
Determinar el caudal del Río Puyo en ocho puntos en cinco fechas distintas
Evaluar la calidad del agua en los mismos en base a dos parámetros físico-químicos
Realizar un modelamiento de la variación de la calidad de agua considerando el aporte de los afluentes identificados.
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METODOLOGÍA
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METODOLOGÍAEl proceso metodológico empleado para el desarrollo del proyecto comprendió cinco etapas:
a) Recopilación de información secundaria
b) Identificación del área de estudio y puntos de muestreo
c) Levantamiento de línea de base hidrológica.
d) Determinación de calidad de agua
e) Modelamiento de calidad de agua
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METODOLOGÍA Revisión de información secundaria
Se recolectó información secundaria de la zona de estudio respecto a indicadores demográficos, urbanísticos y meteorológicos y socioeconómicos
Identificación del área de estudio yselección puntos de muestreo
• Identificación mediante observación directa, georeferenciación, registro fotográfico y registro cartográfico las principales descargas líquidas puntuales al curso del río.
• Tras la identificación y reconocimiento previo se seleccionaron 8 puntos de muestreo a lo largo del río y seis afluentes
• En cada punto se identificaron tramos uniformes, con flujo libre de agua y facilidades de acceso.
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METODOLOGÍA • Se utilizaron técnicas manuales para la estimación de los caudales mediante la fórmula de Manning. Las actividades desarrolladas en esta etapa del estudio fueron:
• Caracterización del cauce del río: Se tomó información en campo respecto a variables como: ancho (m), longitud de la sección (m), profundidad (m) y la velocidad de flujo (m/s) y pendientes con la ayuda de cintas métricas , regletas y miras. Los datos permitieron el cálculo del área transversal (A), así como el área y el perímetro mojado.
Determinación de parámetros hidrológicos
• Con los datos obtenidos se procedió a calcular el caudal del rio mediante la ecuación:
Q= A*V
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METODOLOGÍA
Determinación de calidad de agua
• Se determinó la calidad de agua a través de análisis físico-químicos de4 0 muestras combinadas, a razón de cinco muestras por punto y una muestra combinada para cada afluente .
• Las muestras obtenidas fueron enviadas para su análisis al Laboratorio de Aguas y Suelos del CESTTA de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), determinándose la temperatura, pH y concentración de Oxígeno Disuelto (OD) y de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), mediante las normas PEE/LAB-CESTTA/45 APHA 4500-O C y PEE/LAB-CESTTA/46 APHA 5210 B, respectivamente.
• Para la interpretación individual de los resultados se tomó en cuenta el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (TULAS, 2004), Libro VI de Calidad Ambiental, Anexo I (Calidad de Aguas), considerando criterios para uso recreacional, conservación de flora y fauna y uso humano
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METODOLOGÍA
Modelamiento de calidad de agua
• Se utilizó el modelo matemático de Streeter-Phelps a partir de los datos de campo para los 8 puntos de muestreo y los afluentes respecto a los valores promedio de DBO5 y Oxígeno Disuelto.La ecuación de Streeter y Phelps que permite el desarrollo del modeloes la siguiente (DOMENECH y PERAL , 2006):
Donde:DO: Demanda de oxígenoDOO: Demanda de oxígeno inicialMD: Materia degradable (oxidable)Kre: Constante cinética de reaireaciónKox: Constante cinética de oxidación
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Área de EstudioCurso medio-alto del Río Puyo (entre las poblaciones de Fátima y Unión Base) Provincia de Pastaza.
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RESULTADOS
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RESULTADOS
Ubicación de puntos de muestreo
RÍO PUYO
Punto Nº Denominación
Altitud** Recorrido en km**(m.s.n.m.)
Puntos de control en el Río Puyo1 Fátima 1003.0 0.02 Puente Las Américas 948.5 3.33 Paseo Turístico 930.4 7.0
4 Malecón (Barrio Obrero) 928.3 7.6
5 Estadio 925.5 9.76 Puente Vía Macas 923.5 12.07 Sandalias 895.2 15.18 Unión Base Bajo 885.1 15.8
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RESULTADOS
Identificación de afluentes
Punto Nº Denominación
AltitudPosición
desembocadura
(km)(m.s.n.m.)
a1 Río Churoyacu 935 6.7a2 Río Pambay 929 7.2a3 Río Citayacu 927 7.9a4 Río Chilcayacu 924 11.6a5 Río Jatunyacu 924 11.9a6 Río Sandalias 896 15.0
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RESULTADOSAspectos socioeconómicos y de vivienda
Hombres Mujeres0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
VeracruzFátimaPuyo
Género
Hab
itan
tes
POBLACIÓN
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RESULTADOS
Dotación de agua en la vivienda
Puyo
Fátima
Veracruz Por tubería dentro de la vivienda
Por tubería fuera de la vivienda pero dentro del edificio, lote o terreno
Por tubería fuera del edi-ficio, lote o terreno
No recibe agua por tu-bería sino por otros me-dios
Aspectos socioeconómicos y de vivienda
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RESULTADOS
Clima
Altitud media: 950 m.s.n.mTemperatura máxima: 31.0 °C Temperatura mínima: 8,6 °CTemperatura promedio: 20,3 °C. Humedad relativa: 89%. Heliofanía promedio: 23%.
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RESULTADOSCaracterización Hidrológica
Punto N° Denominación Ancho
(m)
Prof.media
(m)
Área Mojada
(m2)
Velocidad media (m/s)
Velocidad media
(km/día)
Caudal (m3/s)
Puntos de control en el Río Puyo
1 Fátima 13.31 0.71 4.67 0.69 59.62 3.262 Puente Las Américas 12.66 0.71 5.33 0.70 60.48 3.773 Paseo Turístico 17.76 0.91 7.83 0.78 67.39 6.134 Malecón (B. Obrero) 18.00 0.76 7.50 1.17 101.09 8.925 Estadio 18.61 1.07 9.39 1.12 96.77 10.676 Puente Vía Macas 35.90 0.79 13.62 0.91 78.62 12.517 Sandalias 47.75 0.85 20.48 0.88 76.03 18.088 Unión Base 37.91 1.06 22.99 0.82 70.85 21.10
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RESULTADOSCaracterización Hidrológica
Punto N° Denominación Ancho
(m)
Prof.media
(m)
Área Mojada
(m2)
Velocidad media (m/s)
Velocidad media
(km/día)
Caudal (m3/s)
Puntos de control en desembocaduras de afluentes
a1 Río Churoyacu 9.4 1.24 4.56 0.29 25.06 1.33a2 Río Pambay 11.7 0.92 7.00 0.30 25.92 2.10a3 Río Citayacu 6.87 1.27 5.74 0.15 12.96 0.86a4 Río Chilcayacu 13.4 1.14 3.60 0.46 39.74 1.65a5 Río Sandalias 18.8 1.05 10.11 0.48 41.47 4.82
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RESULTADOS
Calidad de AguaValores medidos en campo
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RESULTADOSCalidad de AguaConcentraciones Promedio
Punto N° Denominación
Recorrido Acumulado
(km)
Temperatura
(°C) pH OD(mg/L)
DBO5
(mg/L)
1 Fátima 0.0 19.37 6.94 7.01 2.682 P. Las Américas 3.3 19.55 6.98 6.90 3.003 Paseo Turístico 7.0 20.35 7.16 6.89 3.404 Malecón B. Obrero 7.6 19.88 7.06 6.82 3.045 Estadio 9.7 20.73 6.94 7.08 3.606 Puente Vía Macas 12.0 20.55 6.96 6.90 3.127 Sandalias 15.1 20.45 7.01 7.55 3.008 Unión Base Bajo 15.8 20.82 6.61 7.06 2.60
a1 Río Churoyacu 6.4 20.70 6.48 7.44 4.00a2 Río Pambay 7.2 19.80 6.40 5.79 2.50a3 Río Citayacu 7.9 22.80 6.68 1.00 19.00a4 Río Chilcayacu 11.4 20.40 6.70 7.92 3.00a5 Río Jatunyacu 11.8 21.40 6.72 7.28 4.00a6 Río Sandalias 14.9 20.30 6.82 8.57 3.00
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RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)
0 2 4 6 8 10 12 14 162.20
2.40
2.60
2.80
3.00
3.20
3.40
3.60
3.80
4.00
Recorrido (km)
DB
O5
(mg/
l
Fátima
Unión Base
Estadio
Paseo Turísti-co
SandaliasLas Améri-cas Obrero Vía Macas
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RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo
Influencia de los afluentes en la DBO5 del río
0 2 4 6 8 10 12 14 162.00
20.00
Recorrido (km)
DB
O5
(m
g/l
)
Churoyacu
Pambay
Citayacu
Chilcayacu
JatunyacuSandalias
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RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo
Oxígeno Disuelto (OD)
0 2 4 6 8 10 12 14 166.50
6.70
6.90
7.10
7.30
7.50
7.70
7.90
Recorrido (km)
OD
(m
g/l
Fátima
Unión Base
EstadioPaseo Turístico
Sandalias
Las Américas Obrero Vía Macas
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RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo
Influencia de los afluentes en la concentración de OD del río
0 2 4 6 8 10 12 14 160.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Recorrido (km)
OD
(m
g/l
)Churoyacu
Pambay
Citayacu
Chilcayacu
Jatunyacu
Sandalias
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RESULTADOS
ModelamientoMateria Orgánica
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Modelamiento
Materia Orgánica
Punto referencialX
(km)V
(km/día)
Co(C en el punto
anterior)
(mg/L)
C(mg/L)
k (Calculado)
2 Puente Las Américas 3.3 60.48 2.68 3.00 -2.063 Paseo Turístico 7.0 67.39 3.00 3.40 -2.27
4Malecón (Barrio Obrero) 7.6
101.09
3.40 3.04 18.29
5 Estadio 9.7 96.77 3.04 3.60 -7.946 Puente Vía Macas 12.0 78.62 3.60 3.12 4.967 Sandalias 15.1 76.03 3.12 3.00 0.968 Unión Base Bajo 15.8 70.85 3.00 2.60 13.29 k elegida: 0.96
1. Determinación de k (constante cinética)
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Modelamiento
Materia Orgánica
Punto N°
Denominación
DBO5*
(promedio)
L**
(DBOU)
(mg/L) (mg/L)
Puntos en el Río Puyo1 Fátima 2.68 2.70
2P. Las Américas
3.00 3.03
3Paseo Turístico
3.40 3.43
4 Malecón 3.04 3.075 Estadio 3.60 3.63
6Puente Vía Macas
3.12 3.15
7Sandalias bajo
3.00 3.03
8Unión Base Bajo
2.60 2.62
Puntos en afluentes
a1Río Churoyacu
4.00 4.04
a2 Río Pambay 4.00 4.04a3 Río Citayacu 19.00 21.97
a4Río Chilcayacu
3.00 3.03
a5 Río Sandalias 3.00 3.03
II. Cálculo de DBOU
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Modelamiento
Materia Orgánica
III. Desarrollo del modelo
Ecuación para Balance
Ecuación para Degradación
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Modelamiento
Materia OrgánicaIII. Desarrollo del modelo
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RESULTADOSModelamientoMateria Orgánica
Concentración modelada
-0.020.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.221.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
Tiempo en Días
L (
DB
OU
)
Churoyacu, km. 6.4
Pambay, km 7.2
Citayacu, km 8.1
Sandalias, km 14.9
Chilcayacu, km 11.4
Fátima, km 0.0
Unión Base, km 15.8
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RESULTADOSModelamientoMateria Orgánica
Concentración modelada versus concentración real
-0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.221.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
Concentración mode-lada
Concentración medida
Tiempo en Días
L (
DB
OU
)
Fátima, km 0.0
Unión Base, km 15.8
Obrero, km 6.6
Estadio, km 9.7
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RESULTADOS
ModelamientoOxígeno Disuelto
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RESULTADOSModelamientoOxígeno Disuelto
Concentración y déficit modelados
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22-2.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Concentración de Saturación (ODs)
Concentración modelada (C)
Déficit mode-lado (D)
Tiempo (Días)
OD
(m
g/L
)
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RESULTADOSModelamientoOxígeno Disuelto
Resultados modelados vs. datos medidos
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22-2.00
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Concentración de Saturación (ODs)
Concentración modelada (C)
Concentración real (OD)
Déficit mode-lado (D)
Déficit Real (Do)
Tiempo (Días)
OD
(m
g/L
)
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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CONCLUSIONES
• Se identificaron seis afluentes principales en el tramo medio del río Puyo, de los cuales dos de ellos aportan materia orgánica de manera importante (Pambay y Citayacu) en caudales de 2.10 y 0.86 m3/s respectivamente.
• Se determinó el caudal en ocho puntos del tramo medio del río, observándose valores de entre 3.26 m3/s (Fátima) y 21.10 m3/s (Unión Base), a lo largo de 15.8 km de recorrido.
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CONCLUSIONES
• En la evaluación de DBO5 se establecieron diferencias entre el tramo comprendido entre los km 1 y 6.7, con condiciones aceptables para el desarrollo de biota acuática y uso humano recreativo, y el tramo comprendido entre los km 6.7 y 15.8, donde existe alteración de las mismas.
• En la aplicación del modelo para materia orgánica a partir de estos datos, se infirió que a pesar del aporte de aguas residuales las condiciones del río hacen que su autodepuración sea parcialmente posible. La comparación entre el modelo realizado y los datos medidos confirman la tendencia.
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CONCLUSIONES
• En la determinación de Oxígeno Disuelto se identificó una tendencia relativamente uniforme en la cual el parámetro se mantiene dentro de niveles aceptables para uso recreativo y conservación de flora y fauna.
• La aplicación del modelo para este parámetro confirma esta situación, destacando que la concentración y saturación de oxígeno no constituye un factor crítico en las condiciones de calidad de agua del río.
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RECOMENDACIONES
Las autoridades seccionales deberían tomar en cuenta los resultados del presente estudio para la adopción de medidas de descontaminación del recurso hídrico, como:
• Diseño y construcción de sistemas de tratamiento para las descargas domésticas colectadas en sistemas municipales,
• Estrategias de ordenamiento territorial y regulación en el uso del suelo que faciliten la conducción de efluentes hacia dichos sistemas
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RECOMENDACIONESEs conveniente llevar a cabo nuevas investigaciones respecto a la caracterización y modelación de otros parámetros de interés ambiental en las aguas del Río Puyo en el tramo estudiado, como DQO, coliformes fecales, fosfatos o nitratos.
De igual manera revestiría validez la caracterización y modelación de oxígeno disuelto y materia orgánica aguas arriba y aguas abajo del tramo estudiado, a fin de estudiar la dinámica de los contaminantes previa o posterior a la zona de influencia urbana.
Es igualmente recomendable comparar e integrar los resultados obtenidos en esta investigación estudios realizados en otros campos de conocimiento y aplicación relacionados con el Río Puyo
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AGRADECIMIENTO
Universidad Estatal AmazónicaMunicipio de Pastaza
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MUCHAS GRACIAS