1-INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOSbibing.us.es/proyectos/abreproy/20281/fichero/3... · Introducción y objetivos Luz Marina Troya Pérez 3 en el que se presenta una metodología a seguir

1-INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

Introducción y objetivos

Luz Marina Troya Pérez 1

1- INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS.

En la actualidad existe una creciente preocupación por el deterioro del medio ambiente y

por el impacto que determinadas actividades pueden causar sobre él. Esta preocupación ha

surgido como consecuencia de la toma de conciencia de que, si no se adoptan las medidas

preventivas correctoras adecuadas, muchos recursos naturales se degradarán con carácter

irreversible en un plazo relativamente corto. Entre estos recursos naturales destaca el agua, que

es un elemento básico para la vida. Constituye más del 80% de la masa corporal de la mayoría

de los organismos vivos; es un recurso irremplazable, fácilmente vulnerable y susceptible de

usos sucesivos.

Los ecosistemas acuáticos han recibido a lo largo de los tiempos gran cantidad de

residuos procedentes de actividades humanas. En los últimos años, se ha puesto de manifiesto

que estos ecosistemas no tienen un poder ilimitado de dilución de desechos, sino que por el

contrario, se deterioran más fácilmente que los espacios continentales.

La razón de esta particular sensibilidad de los ecosistemas acuáticos a la influencia de la

contaminación se debe, en gran medida, a la estructura de su cadena alimentaria. Comparada

con los sistemas terrestres, posee una biomasa relativamente pequeña que, sin embargo,

presenta una gran variedad de niveles tróficos, por lo que frecuentemente se producen procesos

de acumulación de sustancias tóxicas.

Todo lo anterior ha dado lugar a que se hayan tomado diversas medidas preventivas y

correctoras de la contaminación de los ecosistemas acuáticos, entre las que destaca la aparición

de una extensa legislación para la protección de los mismos. Sin duda una de las leyes más

importante para la protección de estos ecosistemas es la “Directiva 2000/60/CE del Parlamento

y del Consejo, de 23 de octubre de 2000, por la que se establece un marco comunitario de

actuación en el ámbito de la política de aguas” [1]. Mediante esta Directiva, la Unión Europea

organiza la gestión de las aguas superficiales, continentales, de transición, costeras y

subterráneas, con el fin de prevenir y reducir su contaminación, fomentar su uso sostenible,

proteger el medio acuático, mejorar la situación de los ecosistemas acuáticos y paliar los efectos

de las inundaciones y de las sequías. En esta Directiva, conocida como Directiva Marco de

Aguas (DMA), se establece, en particular en los artículos 4 y 16 de la misma, la obligación de

aplicar las medidas orientadas a reducir de manera progresiva los vertidos, emisiones y pérdidas



de sustancias prioritarias y peligrosas.

En cumplimiento del artículo 16 anteriormente citado se ha aprobado la Directiva

2008/105/CE [2], en la que se fijan las Normas de Calidad Ambiental (NCA) para sustancias

prioritarias y otros contaminantes, con el objetivo de conseguir un buen estado químico de las

aguas superficiales.

En España se han establecido las NCA para sustancias prioritarias y preferentes y otros

contaminantes en el Real Decreto 60/2011 [3]. En este Real Decreto se define la NCA como la

“concentración de un determinado contaminante o grupo de contaminantes en el agua, los

sedimentos o la biota, que no debe superarse en aras de la protección de la salud humana y del

medio ambiente”.

En las inmediaciones de los vertidos de fuentes puntuales, las concentraciones de

contaminantes son normalmente superiores a las concentraciones de fondo de las aguas. Por

este motivo, se ha establecido en la Directiva 2008/105/CE que los Estados miembros puedan

hacer uso de las zonas de mezcla, en la medida en que no afecten al cumplimiento de las NCA

correspondientes en el resto de la masa de agua superficial. Por zona de mezcla se entiende

“Una masa de agua superficial, limitada a las proximidades del punto de vertido, donde la

autoridad competente está dispuesta a aceptar que se superen las NCA, siempre que no afecten

al cumplimiento de las NCA del resto de la masa de agua”. La extensión de las zonas de mezcla

debe limitarse a la proximidad del punto de vertido y debe ser proporcionada atendiendo a las

concentraciones en el punto de vertido, a las condiciones establecidas en la autorización de

vertido correspondiente y en cualquier otra normativa pertinente, de conformidad con la

aplicación de las mejores técnicas disponibles.

En Europa se ha creado una Estrategia Común de Implantación (ECI), dirigida a

facilitar la aplicación de la Directiva 2000/60/CE (DMA). Uno de los objetivos de dicha

estrategia consiste elaborar documentos orientativos de carácter práctico referidos a los

distintos aspectos técnicos planteados por la Directiva.

Dentro del contexto de la ECI y ante la importancia de que los Estados de la Unión

Europea dispongan de métodos para establecer zonas de mezcla aparece el documento de la

Comisión Europea “Orientaciones técnicas para la identificación de las zonas de mezcla” [4],



en el que se presenta una metodología a seguir para el establecimiento de dichas zonas. Es

importante destacar que con arreglo al artículo 4 de la Directiva 2008/105/CE [2], los Estados

miembros no tienen la obligación de designar zonas de mezclas, sin embargo, si deciden

delimitarlas, se espera que lo hagan de acuerdo con las orientaciones mencionadas.

Para abordar la implantación de zonas de mezcla en los vertidos, es necesario realizar un

estudio de los procesos que intervienen en la mezcla y de las características de la dilución en

dichas zonas, así como obtener una predicción de su forma geométrica. Para ello resulta

fundamental el uso de modelos de simulación de vertidos en el medio acuático.

Con el objeto de elegir el modelo de simulación más adecuado a las características del

vertido que se va a estudiar y con la finalidad de poder determinar su zona de mezcla, se realiza

en este Proyecto Fin de Carrera un estudio comparativo de los modelos más empleados. Este

estudio tiene como objetivo conocer las características de cada uno de los modelos disponibles,

así como las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos. Debido a la gran cantidad de

modelos existentes, se prestará especial atención a los más empleados en la actualidad.

Los vertidos objeto de estudio en este Proyecto Fin de Carrera son aquellos que tienen

lugar en el estuario del Guadiana, en los que se determinará su zona de mezcla mediante el

modelo de simulación adecuado y siguiendo la metodología establecida en el documento de la

Comisión Europea anteriormente mencionado [4].

A modo de resumen, se puede indicar que los principales objetivos de este Proyecto Fin

de Carrera son los siguientes:

Estudiar los modelos de zona de mezcla más utilizados en la actualidad, y

conocer su posible aplicación en los distintos tipos de vertidos y de masas de

agua (ríos, zonas costeras, estuarios, etc.).

Aportar fuentes de información pública (páginas de internet, publicaciones

científicas, etc.) sobre los modelos de zona de mezcla y las herramientas

relacionadas con el modelado.

Estudiar los vertidos que tienen lugar en el estuario del Guadiana y seleccionar

los más adecuados para la determinación de su zona de mezcla.



Analizar los vertidos escogidos y definir su zona de mezcla atendiendo a las

NCA del Real Decreto 60/2011 y siguiendo las directrices de la Directiva

2008/105/CE para zonas de mezcla, teniendo en cuenta, para ello, los pasos

descritos en el documento de la Comisión Europea “Orientaciones técnicas para

la identificación de las zonas de mezcla”.

2- CONCEPTOS PREVIOS

Conceptos previos


2- CONCEPTOS PREVIOS.

2.1- Definición de zona de mezcla y marco legal.

Una zona de mezcla es un área de una masa de agua donde los contaminantes

procedentes de un vertido de una fuente puntual se mezclan, por lo general por medios

naturales, con el agua receptora. La mezcla nunca es completa de forma instantánea, sino que

existe una zona alrededor del punto de vertido en la que las concentraciones de los

contaminantes vertidos son más elevadas.

En cumplimiento del apartado 7 del artículo 16 de la Directiva 2000/60/CE [1] en la

que se exigen la elaboración de normas de calidad ambiental aplicables al agua, se aprueba la

Directiva 2008/105/CE [2], en la que se establecen normas de calidad ambiental relativas a la

presencia, en aguas superficiales, de sustancias prioritarias y de otros contaminantes

determinados. Estas normas de calidad ambiental son consideradas como límites de

concentración, es decir, las concentraciones de las sustancias en el agua no debe superar estos

límites. Se establecen dos tipos de normas:

Concentración media anual (NCA-MA): con la que se garantiza la calidad del medio

acuático a largo plazo.

Concentración máxima admisible (NCA-CMA): que limita los picos de contaminación

a corto plazo.

En relación a con estas Directivas, se redacta en España el Real Decreto 60/2011 [3],

en el que se establecen las normas de calidad ambiental para sustancias prioritarias y

preferentes y otros contaminantes. En este mismo Real Decreto se define sustancia prioritaria

como “sustancia que presenta un riesgo significativo para el medio acuático comunitario, o a

través de él, incluidos los riesgos de esta índole para las aguas utilizadas para la captación de

agua potable, y reguladas a través del artículo 16 de la Directiva 2000/60/CE, del Parlamento

Europeo y del Consejo, de 23 de octubre de 2000”. La definición de sustancia preferente que

aparece es: “contaminante que presenta un riesgo significativo para las aguas superficiales

españolas debido a su especial toxicidad, persistencia y bioacumulación o por la importancia

Conceptos previos


de su presencia en el medio acuático“.

La Directiva 2008/105/CE establece que los Estados pueden hacer uso de las zonas de

mezcla. En esta directiva se indica que [4]: “una zona de mezcla es la parte de una masa de

agua, limitada a las proximidades del punto de vertido, donde la autoridad competente está

dispuesta a aceptar que se supere las NCA, siempre que no afecten al cumplimiento de las

normas de calidad ambiental del resto de la masa de agua”.

En el artículo 4 de la Directiva 2008/105/CE antes mencionada, se especifican los

siguientes, aspectos en relación con las zonas de mezclas:

1. Los Estados miembros podrán designar zonas de mezcla adyacentes a los puntos de

vertido. Las concentraciones de una o más sustancias enumeradas en el anexo I, parte

A, podrán superar las NCA pertinentes dentro de dichas zonas de mezcla, siempre que

el resto de la masa de agua superficial siga cumpliendo dichas normas.

2. Los Estados miembros que designen zonas de mezcla incluirán, en los planes

hidrológicos de cuenca elaborados conforme el artículo 13 de la Directiva

2000/60/CE, una descripción de:

a) los enfoques y los métodos aplicados para definir dichas zonas,

b) las medidas adoptadas con vistas a reducir la extensión de zonas de mezcla en el

futuro, tales como las previstas en el artículo 11, apartado 3, letra k, de la

Directiva 2000/60/CE, o un nuevo examen de las autorizaciones referidas en la

Directiva 2008/1/CE.

3. Los Estados miembros que designen zonas de mezcla se asegurarán de que la

extensión de cada una de ellas:

a) esté limitada a las proximidades del punto de vertido;

b) sea proporcionada, atendiendo a las concentraciones de contaminantes en el

punto de vertido y a las condiciones aplicables a las emisiones de contaminantes

según la reglamentación previa, como autorizaciones o permisos, mencionada

en el artículo 11, apartado 3, letra g, de la Directiva 2000/60/CE, y en cualquier

otra normativa comunitaria pertinente, de conformidad con el principio de

aplicación de las mejores técnicas disponibles.

Conceptos previos


4. Las orientaciones técnicas para la identificación de las zonas de mezcla se adoptarán

de conformidad con el procedimiento de reglamentación contemplado en el artículo 9,

apartado 2, de la Directiva 2008/1/CE.

En el entorno de una zona de mezcla pueden distinguirse dos zonas, tal y como se

ilustra en la siguiente figura:

Figura 1. Diagrama conceptual de zona de mezcla.

La primera zona corresponde a la sombreada en naranja y se refiere a la región en la

que puede superarse el valor de la Norma de Calidad Ambiental expresada como

Concentración Máxima Admisible (NCA-CMA). La segunda zona aparece sombreada en

verde e indica la región en la que puede superarse, además de la NCA-CMA antes citada, el

valor de la norma expresada como Media Anual (NCA-MA). Fuera de estos límites no podrán

superarse las normas de calidad antes mencionadas.

2.2- Descripción de los procesos de mezcla.

El proceso de mezcla de cualquier descarga se rige por la interacción del efluente con las

condiciones ambientales existentes en el agua receptora y por las características de la descarga.

En cuanto a las condiciones ambientales en el agua receptora se deben tener en cuenta tanto las

características geométricas como las dinámicas, independientemente de la naturaleza de la

masa de agua receptora (río, estuario, lago, embalse o zona costera). Entre los parámetros

geométricos más importantes se encuentran la forma de la pluma del vertido en planta, la

Conceptos previos


sección transversal vertical y la batimetría1, especialmente en las proximidades de la descarga.

Las características dinámicas más relevantes vienen dadas por la velocidad y la distribución de

densidad de la masa de agua, que también se toman próximas al punto de vertido. En muchas

ocasiones las condiciones ambientales pueden considerarse en estado estacionario con poca

variación, ya que las escalas de tiempo para los procesos de mezcla suele ser del orden de

minutos hasta una hora. En algunos casos, donde la influencia ejercida por los flujos de mareas

no pueda despreciarse, no es apropiado asumir condiciones estacionarias, ya que la dilución

efectiva del vertido puede verse reducida.

Asimismo, la descarga viene definida por las características geométricas del emisario

submarino y por las condiciones del flujo, tales como velocidad del efluente y flotabilidad.

Este último parámetro se entiende como la tendencia del flujo en la masa de agua a ascender

(flotabilidad positiva) o descender (flotabilidad negativa).

En el proceso de mezcla de un vertido se pueden distinguir dos regiones: el campo

cercano y el campo lejano, donde las fuerzas que gobiernan el flujo, su comportamiento y las

escalas espaciales y temporales son muy diferentes. La región de campo cercano se encuentra

más próxima al punto de vertido y en ella el comportamiento del efluente depende, en mayor

medida, del sistema de vertido empleado y de las propiedades físicas del efluente con respecto

al medio receptor (diferencias de velocidades, variaciones en la densidad, etc). La dilución del

efluente se produce por incorporación de fluido del medio receptor. En la región de campo

lejano, más distanciada del punto de vertido, el comportamiento del efluente empieza a dejar

de depender de las características de la descarga y comienzan a tomar más importancia las

condiciones en el medio receptor, tales como batimetría, rugosidad del fondo, corrientes,

oleaje y estratificación térmica. En general, puede considerarse en este caso, que el transporte

de una sustancia en la dirección de alguno de los ejes de coordenadas es despreciable frente al

existente en los otros dos, con lo que el problema se puede resolver promediando la ecuación

de transporte a lo largo de dicho eje. Por ejemplo, los modelos en dos dimensiones (2D)

calculan el transporte promediado en la coordenada vertical. En el campo cercano, en cambio,

el transporte es importante en las tres direcciones. La aplicación de modelos bidimensionales

en esta región, conduce a representaciones poco fiables del campo de concentraciones, por lo

1 Forma del fondo de un cuerpo de agua.

Conceptos previos


que es necesario el uso de modelos 3D. Cuando la hidrodinámica (principalmente el campo de

corrientes y la turbulencia) varía significativamente en la coordenada vertical, como es el caso

de la circulación inducida por el viento o por el oleaje en la zona de rompientes, se deben

utilizar modelos tridimensionales de dispersión, incluso en campo lejano.

Es importante resaltar que la distinción entre campo cercano y lejano no está

relacionada con la regulación de la zona de mezcla, sino que se debe exclusivamente a motivos

hidrodinámicos.

2.2.1- Procesos en campo cercano.

Se distinguen tres grupos de procesos importantes en el campo cercano: mezcla del

chorro flotante sumergido, interacción con los límites y mezcla del chorro flotante superficial,

tal y como se describe a continuación:

a) Chorro flotante sumergido:

Entre el fluido descargado y el fluido del medio receptor existe una discontinuidad de

velocidad que deriva rápidamente en un movimiento turbulento. La zona en la que se

encuentra esta alta turbulencia se expande en la dirección del flujo, debido a la incorporación

del agua adyacente (entraining) menos turbulenta. De esta manera, la concentración del flujo

de descarga se diluye en el agua ambiente.

La discontinuidad en la velocidad inicial puede presentarse de diferentes maneras: en

un chorro puro, en el que el momento inicial y la alta velocidad del flujo generan la mezcla

turbulenta; en una pluma pura, en la que la flotabilidad inicial del flujo genera aceleraciones

locales verticales que dan lugar a la mezcla turbulenta; y en un chorro flotante, en el que la

mezcla turbulenta se origina como combinación de la flotabilidad y el momento inicial. Este

último chorro se caracteriza por una estrecha zona de fluido turbulento. Además, su

trayectoria se ve afectada por las corrientes ambientales y la estratificación de la columna de

agua.

En la siguiente figura se muestran distintos tipos de chorro flotante atendiendo a las

condiciones ambientales:

Conceptos previos


Figura 2. Patrones típicos de flujo de chorro flotante en diferentes condiciones

ambientales. (a) Condiciones uniformes y sin corrientes ambientales, (b) condiciones uniformes y presencia de corriente ambiental, (c) sin corriente

ambiental y ambiente estratificado, (d) merging.

En el caso de que no existan corrientes ambientales se produce un estancamiento de la

pluma, dependiendo de la orientación de la descarga y la dirección de la aceleración, tal y

como se muestra en la figura 2.a. Al haber corrientes ambientales, éstas desvían el chorro

flotante según la dirección de la corriente, provocando un mezclado adicional (figura 2.b). La

estratificación de densidad, por su parte, contribuye a contrarrestar la aceleración vertical

dentro del chorro flotante para conducir, finalmente, al atrapamiento de la pluma a una

determinada altura, tal y como puede observarse en la figura 2.c. En el caso de difusores

multipuerto, los chorros flotantes evolucionan de manera independiente hasta que, a una cierta

distancia de la salida, interaccionan entre sí. Es lo que en inglés se conoce como merging y se

ilustra en la figura 2.d.

b) Interacción con los límites:

Las masas de agua siempre tienen límites verticales, que incluyen superficie, fondo y

picnoclinas2. En función de las características dinámicas y geométricas de la descarga, pueden

tener lugar distintos fenómenos de interacción con los límites. En general, los procesos de 2 Capa de agua en la que se registra un cambio brusco de densidad vinculado con la profundidad. En los

ecosistemas de agua dulce, tales como lagos, este cambio de densidad es causado principalmente por

modificaciones en la temperatura, mientras que en los ecosistemas marinos como los océanos, puede ser debido a

variaciones en la temperatura o salinidad.

Conceptos previos


interacción con los límites suponen una transición entre los procesos del chorro flotante en el

campo cercano hacia la difusión por flotabilidad y la difusión pasiva en el campo lejano. Estas

interacciones pueden ser graduales o abruptas, lo que influirá significativamente en la

estabilidad de la descarga. Esta estabilidad en campo cercano constituye un aspecto clave en

los análisis de dilución de un efluente.

Las descargas estables se caracterizan por una flotabilidad alta y un momento débil en

aguas suficientemente profundas, mientras que las descargas inestables tienen lugar en aguas

poco profundas.

En la siguiente figura aparecen ejemplos de interacción de un chorro flotante

individual.

Figura 3. Ejemplos de condiciones estables e inestables en el campo cercano para descargas sumergidas con flotabilidad positiva. (a) Flotabilidad importante, aguas

profundas, campo cercano vertical, (b) Aguas poco profundas, flotabilidad baja,

inestabilidad en campo cercano con mezcla local y reestratificación, (c) Aguas profundas, flotabilidad importante, campo cercano horizontal, (d) Aguas poco

profundas, flotabilidad baja, campo cercano horizontal inestable con mezcla vertical

completa.

Se observan condiciones de descarga estable en las figuras 3.a y 3.c, conocidas

también como condiciones de “aguas profundas”. En las figuras 3.b y 3.d, por el contrario,

aparecen condiciones de descarga inestables o de “aguas poco profundas”.

Conceptos previos


Cuando el efluente entra en el medio receptor de forma inclinada, puede aproximarse

gradualmente a la superficie, al fondo o al nivel terminal correspondiente, de una manera

suave con algo de mezclado adicional, tal y como puede verse en la figura 4.a. Sin embargo, al

incidir con un ángulo de 90º, o cercano a éste, respecto a un límite, se difunde rápidamente y

en todas direcciones, formando una capa estable en la superficie si tiene flotabilidad suficiente

(figura 4.b). En el caso de que la corriente ambiente sea débil, pueden darse fenómenos de

intrusión aguas arriba si la flotabilidad es baja o el momento inicial importante,

previsiblemente se darán fenómenos de recirculación inestable en las inmediaciones de la

descarga, como puede verse en la figura 4.c. Un caso intermedio entre los dos anteriores es el

que se observa en la figura 4.d.

Figura 4. Ejemplos de interacciones con los límites para descargas

sumergidas de flotabilidad positiva en aguas de profundidad finita. (a)

Aproximación gradual a la superficie, (b) Contacto con la superficie con difusión por flotabilidad aguas arriba, (c) Contacto con la superficie con mezcla vertical

completa en aguas poco profundas, (d) Contacto con la superficie con mezcla

vertical local, difusión por flotabilidad y reestratificación.

Cuando las descargas están situadas muy cerca del fondo y en condiciones de

estancamiento o con presencia de corrientes, se tiene otro tipo de interacción con los límites.

En este caso se distinguen dos tipos de interacción dinámica que conducen a una rápida

adhesión de la pluma al fondo. Esta interacción puede ser provocada, bien por la influencia de

una corriente (wake attachment) o bien por las bajas presiones originadas al estar la periferia

del chorro muy cerca del fondo (Coanda attachment).

Conceptos previos


Figura 5. Ejemplos de fenómenos de adhesión (a) wake y (b) Coanda en

chorros que vierten cerca del fondo.

c) Chorro flotante superficial:

Estas descargas presentan características similares a las de los chorros de descarga

sumergida. Para una distancia inicial relativamente corta, el efluente se comporta como un

chorro puro que se difunde tanto lateral como verticalmente debido a la mezcla turbulenta.

Tras esta etapa, se inhibe el movimiento vertical y el chorro experimenta una difusión lateral

más intensa.

En condiciones de estancamiento del medio receptor, se forma una fina capa en la

superficie, sometida a los movimientos de difusión por flotabilidad. En la figura 6.a se muestra

este fenómeno. Si el medio receptor presenta corrientes ambientales, los chorros flotantes

superficiales pueden comportarse de diferentes maneras:

Pueden desviarse débilmente y no entrar en contacto con la orilla (Figura 6.b).

Pueden dirigirse hacia el límite inferior si la corriente ambiental es intensa (Figura

6.c).

Puede producirse una intrusión aguas arriba de la pluma, manteniéndose cerca de la

orilla, en el caso de que la corriente ambiental sea débil y la flotabilidad del flujo alta.

(Figura 6.d).

Conceptos previos


Figura 6. Patrones de flujo típicos de chorros flotantes superficiales en condiciones

de estancamiento y en presencia de corrientes.

2.2.2- Procesos en la región de transición.

Para definir las dimensiones del campo cercano se utiliza como referencia la

profundidad del agua. Se considera la existencia de una región de transición o campo

intermedio cuando la pluma interactúa con la masa de agua receptora a distancias mayores que

la profundidad del agua. Suele considerarse en casos donde los chorros múltiples se

caracterizan por un alto momento inicial y poca flotabilidad. En condiciones de aguas poco

profundas se desarrollará un flujo inestable en campo cercano.

2.2.3- Procesos en campo lejano.

Pueden darse dos tipos de procesos en campo lejano: de difusión por flotabilidad y de

difusión pasiva.

a) Proceso de difusión por flotabilidad:

Este proceso se define como la difusión transversal del flujo del efluente mientras se

desplaza, aguas abajo, transportado por la corriente ambiental. Tiene lugar debido a las fuerzas

de flotabilidad causadas por la diferencia de densidad entre el efluente (ya mezclado con agua

del medio receptor desde el punto de vertido hasta el inicio del campo lejano) y la densidad del

agua del medio receptor y puede contribuir a la rápida difusión lateral de éste a lo largo de

Conceptos previos


grandes distancias en la dirección transversal, particularmente en casos donde la

estratificación es importante. En estos casos, podría colapsarse un efluente de espesor vertical

considerable en una capa delgada pero ancha, a menos que interaccione con los límites

laterales. En los casos de flotabilidades alta o baja y ambiente no estratificado, no existe esta

región de difusión en el campo lejano, sólo existiría difusión pasiva.

Según el tipo de flujo en campo cercano y el tipo de estratificación de la columna de

agua, se puede distinguir entre los siguientes tipos de difusión por flotabilidad: en la superficie

del agua, en el fondo, en la picnoclina, en la última capa del perfil estratificado, etc.

b) Proceso de difusión pasiva:

La turbulencia que presenta el agua receptora a una distancia suficientemente grande

del punto de vertido, empieza a ser el mecanismo de mezcla dominante. En general, el flujo de

difusión pasiva, crece en ancho y espesor hasta que contacta con el fondo del canal o con las

orillas.

Figura 7. Patrones de flujo típicos de chorros flotantes superficiales en condiciones de estancamiento y en presencia de corrientes.

3- ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS

PRINCIPALES MODELOS DE ZONAS

DE MEZCLA

Estudio comparativo de los principales modelos de zonas de mezcla


3- ESTUDIO COMPARATIVO DE LOS PRINCIPALES MODELOS

DE ZONAS DE MEZCLA.

Existe una gran variedad de modelos de zona de mezcla que permiten evaluar el

comportamiento de la mezcla y la dinámica de la pluma de un vertido procedente de una

descarga puntual. La utilización de un modelo concreto presenta siempre una serie de ventajas e

inconvenientes frente a otro modelo susceptible de ser aplicado, y por ello se considera que es

de gran interés realizar un estudio comparativo de los principales modelos existentes. Es

conveniente señalar que, siempre que sea posible, lo mejor es utilizar más de un modelo para un

mismo caso y comparar los resultados que ofrecen.

Aunque estos modelos han sido concebidos y desarrollados para su aplicación directa en

casos reales, los resultados que ofrecen se basan en los datos disponibles (caudal de vertido,

concentración de contaminantes, etc.), por lo que tendrán, como máximo, la misma calidad que

los datos introducidos y no dejan de ser predicciones que presentan cierta variaciones con

respecto a las situaciones que se dan realmente en el medio receptor del vertido. Dada la

incertidumbre sobre el valor exacto de los parámetros y coeficientes que intervienen, la

fiabilidad de los modelos sólo puede garantizarse mediante un proceso continuo de validación

de sus resultados con medidas realizadas en el laboratorio y en la zona de vertido.

Este apartado pretende ofrecer una visión general de los modelos más utilizados en la

actualidad para la definición de zonas de mezcla y establecer diferencias existentes entre las

distintas opciones, para así facilitar la elección de los modelos más apropiados en cada caso.

3.1- Clasificación de los modelos de simulación.

Atendiendo a las hipótesis simplificadoras asumidas para el fenómeno de mezcla y al

planteamiento de las ecuaciones, se distinguen tres grupos principales de modelos para el

cálculo del comportamiento del flujo [5]:



Basados en el análisis dimensional del fenómeno: los modelos de escalas de

longitud derivadas del análisis dimensional del fenómeno, son los más sencillos y los

que asumen un mayor número de hipótesis simplificadoras. El dominio espacial se

representa en regiones en las que el comportamiento del efluente está gobernado por

distintos tipos de fuerzas (impulso de chorro, corriente ambiental, flotabilidad, etc),

presentando las escalas de longitud un rango de valores característico en cada región.

Para caracterizar el comportamiento del vertido, se busca la relación asintótica del

caso de análisis dimensional que más se asemeje al caso de estudio. Por tanto, dado

que no se resuelven las ecuaciones exactas del fenómeno, es necesario contar con un

amplio abanico de casos caracterizados experimentalmente.

Ejemplos de modelos incluidos en este grupo son los subsistemas CORMIX 1, 2 y 3 [5

y 6].

De ecuaciones integradas en la sección del flujo: las ecuaciones de gobierno del

flujo en este tipo de modelos (chorro o pluma) se integran a lo largo de la sección

transversal del mismo. Para ello es necesario asumir la hipótesis de medio receptor

ilimitado, de modo que el flujo no interacciona con los contornos y se encuentra

rodeado completamente del fluido receptor. Bajo esta hipótesis se asume que las

secciones del flujo son autosemejantes y se determina experimentalmente el tipo de

distribución de las variables en la sección transversal (tipo Gauss, uniforme, etc).

Entre las principales ventajas de estos modelos se encuentran la sencillez de resolución

de las ecuaciones diferenciales, la facilidad de calibración mediante coeficientes

experimentales y la necesidad de pocos datos de entrada. Entre sus principales

inconvenientes cabe destacar la imposibilidad de modelizar la interacción del chorro

con los contornos y que no permiten simular fenómenos de contracorriente o

reintrusión en la zona de vertido, ni de dispersión fuera del contorno del chorro.

Como ejemplos de este tipo de modelos se pueden citar al módulo CorJet del software

CORMIX [5, 6 y 7], los modelos UM3 y DKHW de Visual Plumes [5 y 8] y el modelo

JetLag de VISJET [5 y 9].

Hidrodinámicos completos: son los modelos generales de la calidad de las aguas.

Resuelven la hidrodinámica completa del flujo, considerando las condiciones de



contorno y los agentes que controlan el movimiento, y simulan los fenómenos de

transporte y difusión del efluente. En la mayoría de los casos estos modelos están

desacoplados, de modo que se determina inicialmente la hidrodinámica y a

continuación, el transporte y dilución del efluente vertido. El sistema de ecuaciones

diferenciales en este caso se resuelve sin integración previa, aplicando métodos

numéricos. Entre las ventajas de este método se encuentra un mayor rigor en la

modelización (dado que se asumen menos hipótesis simplificadoras y se simula más

fielmente el comportamiento del flujo considerando las condiciones en el medio

receptor), la posibilidad de simulación continua de los campos cercano y lejano, la

simulación de varias fuentes y sus efectos sinérgicos. Las desventajas más relevantes

son la necesidad de una gran cantidad de datos de entrada, la dificultad de calibración

del modelo, el elevado tiempo de computación para la resolución de las ecuaciones,

etc.

Modelos de este tipo son los softwares: Delft-3D [10], POM [11], Mike3 [12] y

COHERENS [13].

3.2- Modelización de la zona de mezcla.

Los límites de la zona de mezcla estarán determinados por las características intrínsecas

de la masa de agua, las condiciones del medio receptor y la distribución espacial de

contaminantes, con lo que, será importante una elección correcta del modelo así como su

adecuada aplicación.

En el caso de zonas de mezcla, pueden aplicarse las siguientes directrices para la

elección del modelo más adecuado [14]:

Los objetivos a alcanzar y la necesidad de modelizar deben estar claros, ya que si es

posible económicamente, es mejor medir que modelizar.

El modelo a utilizar debe ser lo más simple posible, para que los resultados obtenidos

sean fáciles de interpretar, ya que se deben tomar decisiones en base a los mismos.

Deben definirse cuidadosamente los parámetros a modelizar.

El modelo debe ser coherente con los datos de que se disponga.



La selección de un modelo debe realizarse en base a estas recomendaciones junto con

la disponibilidad de datos validados y/o las posibilidades de obtenerlos y completarlos.

A modo de orientación, los pasos para seleccionar un modelo pueden ser:

Análisis del nivel de conocimiento de las características de la masa de agua a

modelizar:

Características hidráulicas e hidrodinámicas: régimen fluvial, caudales

circulantes, incorporaciones y detracciones, secciones de control, pendiente,

azudes, etc.

Calidad de la masa de agua, identificando parámetros característicos de la

calidad, tanto de tipo químico como biológico, frecuencia y distribución

temporal de los datos.

Análisis del nivel de conocimiento de las características de los vertidos: parámetros

representativos, caudales de los vertidos, variaciones diarias y/o estacionales.

Identificación de los parámetros importantes objeto de simulación: la selección de

parámetros deberá efectuarse bajo el doble punto de vista de la gestión de la calidad y

de los vertidos.

Analizar las características hidráulicas del medio y definir las hipótesis

simplificadoras.

En definitiva, deben considerarse los datos necesarios para la utilización de los

diferentes tipos de modelos, la disponibilidad de datos históricos, el número de datos

requeridos, la dificultad en su determinación y fuentes de información disponibles, junto con

la aplicabilidad del modelo a la situación hidrológica a modelizar. Asimismo, la calidad y

cantidad de datos históricos disponibles son importantes para la calibración y verificación de

la calidad de los resultados obtenidos.

Es conveniente recordar que los modelos se basan en los datos disponibles, por lo que

los resultados no podrán tener una mayor calidad que la de los datos introducidos.

Es importante resaltar, igualmente, la necesidad de tener en cuenta la sensibilidad del

modelo cuando se realiza la modelización, puesto que pequeños cambios en algunos



parámetros de entrada pueden proporcionar diferencias significativas en los resultados

obtenidos. Un ejemplo es la sensibilidad de los resultados a los cambios en la velocidad de la

corriente. Esta sensibilidad del modelo debe tenerse en cuenta antes de la recopilación de los

datos, de manera que se obtengan medidas de campo más exactas para los parámetros

sensibles y poder reducir, de esta forma, la incertidumbre en los resultados del modelo.

En resumen, en el proceso de selección del modelo se debe comenzar por la evaluación

de los parámetros y características propias de la masa de agua, para determinar qué modelo

resulta más apropiado en cada caso. Existe una gran variedad de modelos que determinan el

comportamiento de la mezcla y la dinámica de la pluma de un vertido, pero no existe un

modelo único apropiado para cada situación. Los modelos recomendados por la USEPA

(United States Environmental Protection Agency)3 pueden servir de referencia, ya que han

sido ampliamente revisados y utilizados en todo el mundo.

En este apartado se va a hacer un estudio detallado de los modelos más utilizados en la

actualidad para el cálculo de zonas de mezcla, así como los criterios a tener en cuenta a la hora

de seleccionarlos

3.2.1- Revisión de los modelos disponibles.

En el mercado pueden encontrarse multitud de modelos de zonas de mezcla. Para poder

utilizar cualquiera de ellos es importante, en primer lugar, valorar si las hipótesis de partida del

modelo son adecuadas según el caso objeto de estudio.

Se indican a continuación, algunas de las fuentes de información que pueden

consultarse sobre modelos de zona de mezcla:

El Departamento de Calidad Ambiental de Oregón (DEO), tras realizar una amplia

revisión de modelos de zonas de mezcla [15], recomienda los modelos aportados por

la USEPA (Visual Plumes o CORMIX).

El Departamento de Calidad Ambiental de Idaho (DEQ) [16], también destaca Visual

Plumes y CORMIX como los modelos más adecuados. Considera, sin embargo, que

3 En http://water.epa.gov/scitech/datait/models/, se puede encontrar un listado de todos los modelos

desarrollados por la USEPA junto con las aplicaciones informáticas, manual del usuario, etc.

http://water.epa.gov/scitech/datait/models/



puede haber modelos más adecuados en condiciones específicas de la zona de mezcla.

También se hace referencia en este Departamento a la utilidad de los modelos

analíticos simples, como alternativa a la modelización en condiciones especiales, para

el caso de vertidos de flujos pequeños, con mezcla insignificante y dilución inicial

mínima.

Ragas [17], ha realizado un estudio sobre diversos modelos de calidad del agua, en el

que se concluye que sólo cuatro de los modelos son aplicables a zonas de mezcla:

CORMIX, Visual Plumes, DMZ y PSF. Según Ragas, los modelos de mezcla

permiten simular el proceso que ocurre en el agua receptora tras producirse el vertido

y se pueden utilizar para limitar las dimensiones de la zona de mezcla.

El Instituto de Hidráulica Ambiental de Cantabria ha desarrollado modelos propios

para el estudio de procesos relacionados con la dinámica marina, entre los que cabe

destacar el programa Aqualab [18]. Este programa contiene un conjunto de modelos

numéricos enfocados al análisis del comportamiento hidrodinámico y de calidad de

las aguas en ríos, estuarios y otras zonas costeras.

En la Universidad de Karlsruhe, Bleninger ha publicado una Tesis Doctoral sobre el

acoplamiento de modelos hidrodinámicos para el diseño de emisarios submarinos

[19]. La información sobre los modelos se estructura en campo cercano, región de

transición y campo lejano.

3.2.2- Especificaciones de los modelos más utilizados y Discharge Test.

Los modelos más ampliamente utilizados en la actualidad para cálculos de zonas de

mezcla son CORMIX y Visual Plumes, siguiéndoles, aunque a distancia, el programa VISJET.

Por su parte, Discharge Test es una aplicación para el estudio de zonas de mezcla, basada en el

documento de la Unión Europea “Orientaciones técnicas para la identificación de zonas de

mezcla” [4] recomendada en el último “Taller de zona de mezcla” celebrado en abril de 2011 en

Ispra, Italia.

Para muchos investigadores, CORMIX es la herramienta más apropiada para hacer

predicciones detalladas de las condiciones de la zona de mezcla, y no requiere de formación

especializada en hidrodinámica. Su amplio uso a nivel mundial ha permitido su mejora

constante, a través de la validación de los resultados en una gran cantidad de proyectos y casos

reales.



Visual Plumes, por su parte, ha sido diseñado para aplicaciones de modelización de

zonas de mezcla. De igual forma, se utiliza ampliamente a nivel mundial y los resultados

obtenidos han sido validados a través de una gran cantidad de casos.

El programa VISJET predice el impacto de una descarga de efluentes en el medio

acuático. Ha sido ampliamente validado mediante datos experimentales de laboratorio sobre

chorros flotantes, facilitados por numerosos investigadores y mediante ensayos en campo y se

ha aplicado en evaluaciones de numerosos emisarios reales.

El Discharge Test es una aplicación informática diseñada para evaluar de manera

simple las zonas de mezcla y basada en el documento de la Unión Europea “Orientaciones

técnicas para la identificación de zonas de mezcla” [4].

Se detalla a continuación las características más importantes de cada uno de estos

modelos, así como de la aplicación Discharge Test.

CORMIX:

CORMIX es un sistema para el análisis, predicción y diseño de zonas de mezcla

resultantes de la descarga de contaminantes en distintos tipos de aguas. Su objetivo es la

evaluación de impacto ambiental de dichas zonas de mezcla. Se desarrolló bajo acuerdos de

cooperación financiera entre USEPA, la oficina de recuperación de los Estados Unidos, la

universidad de Cornell, el Instituto de posgrado de Oregón, la Universidad del estado de

Karlsruhe, la Universidad de Portland y MixZon Inc, durante el periodo 1985-2007.

CORMIX incluye, además, varios subsistemas para la simulación del vertido, bajo

distintos diseños del dispositivo de descarga, tipos de efluentes contaminantes y

características en el medio receptor. En total, CORMIX considera 32 clases genéricas de flujo

que describen diversos tipos de configuraciones de pluma, abarcando desde aguas estancadas

a corrientes ambientales fuertes, ambientes uniformes o estratificados, diversos tipos de

alineaciones y de orientaciones del orificio, características de flotabilidad de la descarga débil

o fuerte, etc.



CORMIX utiliza un sistema de módulos de predicción que proporcionan una

clasificación final de los flujos. Cada módulo incluye fórmulas de cálculo para caracterizar el

comportamiento del efluente vertido. Contiene, asimismo, varias opciones de pre y

post-procesamiento del ensamblaje y comprobación de los datos de entrada, para la

evaluación rápida de una gama de condiciones ambientales, tal como dispersiones variables de

corriente ambiental, y para la representación gráfica tridimensional de los resultados de la

predicción. Los modelos de simulación empleados por CORMIX son los siguientes:

CORMIX 1: para descargas simples o un solo difusor.

CORMIX 2: para multipuertos o varios difusores sumergidos.

CORMIX 3: para descargas en superficies flotantes.

DHYDRO: para efluentes con densidades muy altas y/o descargas de sedimento de un

solo difusor, multidifusores sumergidos, o descargas en superficies laterales dentro de

ambientes costeros no limitados.

CorJet: para detalles de zona de mezcla cercana para un solo difusor sumergido y

difusores múltiples en ambientes no limitados.

FFL: para post-procesamiento en el análisis de plumas a grandes distancias.

CORMIX permite a los usuarios hacer predicciones detalladas de las condiciones de la

zona de mezcla y comprobar el cumplimiento de la normativa sin necesidad de poseer

conocimientos especializados en hidrodinámica. Además contiene rutinas especiales para la

aplicación de la descarga a un entorno altamente inestable, tales como las condiciones de

inversión de las mareas, en las que puede producirse la recirculación de contaminantes.

En la tabla siguiente se resumen los principales subsistemas y herramientas de

CORMIX.



Tabla 1. Subsistemas y herramientas de CORMIX.

Campo

cercano y

lejano

CORMIX 1

Subsistema de CORMIX.

Vertido sumergido, mediante chorro individual con emisario

submarino apoyado en el fondo y cercano a la superficie

(D-CORMIX). Flujos de flotabilidad positiva, negativa o neutra.

CORMIX 2


Vertido sumergido, mediante tramo difusor de chorros múltiples,

con emisario submarino apoyado en el fondo.

Flujos de flotabilidad positiva, negativa o neutra.

CORMIX 3


Vertidos directos superficiales.

Flujo de flotabilidad positiva, en general.

Opción de flujos de flotabilidad negativa.

D-CORMIX


Vertido emergido y sumergido cercano a la superficie del medio

receptor mediante CORMIX 1.

Vertidos directos superficiales desde la línea de costa mediante

CORMIX 3. Flujos de flotabilidad negativa.

CORJET

Módulo de CORMIX.

Vertido sumergido mediante chorro individual o chorros múltiples,

con emisario cercano al fondo.

Flujos de flotabilidad positiva, negativa o neutra.

Campo lejano Post-proceso

FFLOCATR

Distribución de las líneas de flujo de la pluma en campo lejano en

un medio receptor con geometría (en planta y/o alzado) irregular.

Flujos de flotabilidad positiva y/o negativa.

Herramientas

adicionales

CORSPY Herramienta de visualización interactiva en 2-D y 3-D para diseño.

CORVUE Herramienta de visualización interactiva en 2-D y 3-D para evaluar

las propiedades de la pluma y de la zona de mezcla.

CORDATA Herramienta de pre-proceso de datos importado de MS-DOS.

CONSENS Herramienta automática inteligente para análisis de sensibilidad en

zona de mezcla y recomendaciones en el diseño de emisarios.

BASE DE

DATOS GIS

Herramienta para integrar capas GIS de información disponible en la

base de datos de la USEPA con resultado de CORMIX.

CORHELP Herramienta de ayuda sobre la base teórica y manejo del CORMIX.

BENCHMARKS

Herramienta para conocer los ensayos de laboratorio y medidas de

campo de validación de cada uno de los módulos de CORMIX.

CORVAL Herramienta para la validación continua online de los resultados

obtenidos de CORMIX con una base de datos online, actualizable.

CORHYD Herramienta de cálculos hidráulicos internos en las tuberías.



Visual Plumes:

El paquete Visual Plumes es la versión en Windows del programa DOS-PLUMES

[20], desarrollado por la USEPA. Este sistema permite cuantificar el movimiento y las

concentraciones de contaminantes en el medio acuático. Ha sido diseñado para zonas de

mezcla e incluye diferentes modelos para la simulación del comportamiento de vertidos.

Contiene varias herramientas, algunas de las cuales coinciden en su ámbito de aplicación y en

sus funciones, con lo que el usuario cuenta con la posibilidad de ejecutar el mismo caso con

distintas herramientas y comparar los resultados obtenidos. El modelo calcula la dilución,

elevación, diámetro y otras variables del penacho del vertido.

En Visual Plumes se encuentran los siguientes modelos de simulación:

UM3: modelo tridimensional para la simulación de descargas sumergidas de uno o

varios chorros. Permite tener en cuenta las condiciones en el medio receptor.

DKHW: es también un modelo tridimensional que se aplica a chorro individual o

tramo multidifusor. Modela el campo cercano con gran detalle, lo que implica mayores

tiempos de ejecución que UM3. Este modelo está limitado a efluentes de flotabilidad

positiva.

PDSW: modelo tridimensional que se aplica a vertidos procedentes de canales que

vierten en la masa de agua objeto de estudio. Permite realizar simulaciones de

temperatura y dilución para una amplia gama de condiciones de descarga.

NRFIRLD: modelo empírico para dispositivos de chorros múltiples.

FRFIELD: este modelo permite realizar estimaciones sobre la distribución a largo

plazo de los contaminantes en las proximidades del punto de vertido.

Ecuación de Brooks4: todos los módulos que incluye Visual Plumes estiman la

dilución de la pluma en campo lejano mediante este algoritmo.

En la tabla 2 se muestra un resumen de los modelos mencionados:

4 Ecuación de Brooks: 𝐶𝑐𝑙 = 𝐶𝑚𝑧𝑒𝑟𝑓 𝑈𝑎𝑏2

16𝜀𝑋 , siendo Ccl: concentración en el centro de la pluma en el punto

deseado, Cmz: concentración al final de la zona de mezcla (campo cercano) obtenida de la modelización, Ua:

velocidad de la corriente en el medio receptor, b: ancho de la pluma, 𝜀: coeficiente de viscosidad, X: distancia

recorrida por la pluma desde el final de la zona de mezcla hasta el punto de interés en campo lejano.



Tabla 2. Principales modelos del paquete Visual Plumes.

Campo cercano

NRFIELD

-Vertido sumergido mediante tramo difusor de chorros múltiples.

Dos boquillas por elevador, chorros bilaterales, formando 180º entre

sí (disposición en “T”).

-Efluentes de flotabilidad positiva.

DKHW

-Vertido sumergido mediante chorro individual o tramo

multidifusor.


UM3 -Vertido mediante chorro individual o con tramo multidifusor.

-Efluentes de flotabilidad positiva y negativa.

PSDW

-Vertidos directos superficiales desde canales, en un medio receptor

en movimiento.


Campo lejano FRFIELD

(Ecuación de

Brooks)

-Estimación de la dilución en campo lejano mediante la ecuación de

Brooks.


Herramientas

adicionales

DOS

PLUMES

Permite aprovechar los casos y resultados obtenidos en la versión

anterior del programa.

VISJET:

VISJET (Innovative Modeling and Visualization Technology for Environmental

Impact Assesment) es un sistema interactivo que predice el impacto de la descarga de un

efluente en el medio acuático. Proporciona también una visualización en 3D de la trayectoria

del flujo y la mezcla de una pluma flotante, arbitrariamente inclinada en las aguas receptoras

en movimiento y estratificada por densidad. Comprende el modelo JetLag y gráficos

avanzados para la visualización de los resultados.

JetLag simula el vertido mediante chorros sumergidos individuales o múltiples, para

efluentes con flotabilidades positiva, negativa o neutra, teniendo en cuenta las condiciones en

el medio receptor (corrientes y estratificación en la columna de agua). JetLag es un modelo

lagrangiano de ecuaciones diferenciales integradas en la sección transversal del chorro,

asumiendo medio receptor ilimitado y teniendo en cuenta las condiciones en el medio

receptor.



Los resultados se presentan en distintos tipos de gráficos tales como los

tridimensionales, en los que se permite una visualización del chorro en 3D, animación, en los

que se presenta la evolución de distintas variables con el tiempo, código de colores, en los que

se emplean distintos colores en función de la variación de concentración del efluente, etc.

La interfaz de usuario de VISJET permite introducir los datos de entrada del efluente

(características de chorro, condiciones ambientales, especificaciones geométricas), a la vez

que verifica que dichos parámetros de entrada se encuentren dentro de los rangos de validez.

El modelo JetLag realiza los cálculos para conocer la evolución del chorro y los gráficos

interactivos 3D permiten visualizar los resultados que genera el modelo.

Figura 8. Estructura del sistema VISJET.

Discharge Test:

Es una aplicación informática desarrollada por el Ministerio de Medio Ambiente de

Holanda y el Instituto Deltares y cuyo objetivo es la identificación de manera simple de zonas

de mezcla, siguiendo para ello las directrices incluidas en el documento “Orientaciones

técnicas para la identificación de zonas de mezcla” [4], en el que se establece una evaluación

por niveles: determinación de la presencia de contaminantes de riesgo (nivel 0), análisis



preliminar (nivel 1), estudio simple de la zona de mezcla (nivel 2), evaluación detallada de la

zona de mezcla (nivel 3) y estudio científico (nivel 4).

La primera versión del Discharge Test fue desarrollada en el año 2010, en formato de

hoja de cálculo (Microsoft Excel). Esta versión permitía calcular las dimensiones reales de la

zona de mezcla y determinar los efectos del vertido sobre cualquier tipo de masa sin influencia

mareal y cuando la diferencia de densidad entre el efluente y el medio receptor son

significativas. A pesar de que esta versión tiene opciones para aguas con mareas, éstas

presentan serias limitaciones.

La nueva versión del Discharge Test (Discharge Test for Fresh and Tidal Waters), es

una herramienta desarrollada para evaluar de manera simple si una zona de mezcla es o no

aceptable. Esta nueva versión no tiene ningún tipo de limitación para el caso de aguas con

influencia mareal: aguas costeras, mar abierto, puertos o estuarios. Se trata de una versión web

(de acceso libre) que permite considerar los niveles 1 y/o 2 anteriormente mencionados.

3.3- Comparación de modelos.

Para establecer una comparación entre modelos resulta conveniente separar la

información según la región hidrodinámica de interés (campo cercano, región de transición y

campo lejano), ya que los procesos que tienen lugar en cada una de estas zonas y, por tanto, las

características de los modelos a aplicar, son muy diferentes en cada caso. También resulta de

interés la comparación de una serie de características (versatilidad del modelo, coste, etc) en

cada uno de los modelos objeto de estudio.

3.3.1- Campo cercano.

La región de campo cercano está gobernada por los procesos de mezcla inicial, siendo el

más importante de ellos el de mezcla de chorro flotante. En esta región es conveniente aplicar

modelos integrales de chorro flotante, tales como CorJet (submodelo de CORMIX), NRFIELD

(herramienta del paquete Visual Plumes) y JetLag (incorporado en VISJET). A continuación se

comparan estos tres modelos:



CorJet (sistema CORMIX): está basado en ecuaciones desarrolladas por Jirka [21 y

22]. La formulación del modelo incluye efectos tridimensionales que surgen de los

complejos detalles geométricos característicos de las instalaciones de vertidos reales.

En el caso de que existan límites en el medio receptor, este modelo da lugar a

complejas interacciones de flujo (fenómenos de choque del chorro, de adhesión del

flujo, saltos hidráulicos internos, inestabilidad o recirculación, etc) que se escapan a la

capacidad predictiva de un modelo integral simple, con lo que se aconseja en este

caso el empleo de otro subsistema de CORMIX.

NRFIELD (paquete de Visual Plumes): se trata de un modelo empírico destinado a las

instalaciones de descarga de chorros múltiples, basado en estudios experimentales

sobre este tipo de dispositivos de descarga en corrientes estratificadas. NRFIELD se

limita exclusivamente a predicciones en el campo cercano y no incluye información

sobre la trayectoria o los límites.

JetLag (sistema VISJET): este modelo simula el vertido mediante chorros

sumergidos individuales o múltiples, de efluentes con flotabilidades positiva,

negativa o neutra, teniendo en cuenta las condiciones en el medio receptor. Sus

predicciones han sido ampliamente comparadas con datos experimentales de

laboratorio.

Entre estos modelos existen diferencias en cuanto al rango de aplicación, número de

usuarios, capacidad para simular procesos físicos y la filosofía de modelado en general, tal y

como se comenta a continuación:

CorJet y JetLag muestran resultados sobre la trayectoria, dilución en el eje central de la

pluma, flujo, características de la incorporación del agua ambiente, etc. Por su parte,

NRFIELD solamente ofrece información sobre dilución mínima, extensión en el

campo cercano y dimensiones de la pluma.

CorJet trabaja con efectos tridimensionales que permiten definir la posición y

características de la interacción entre chorros. VISJET emplea, en este caso, el

principio de superposición y NRFIELD incluye este proceso sólo como efecto

agregado.

CorJet tiene en cuenta los efectos por proximidad al fondo. Ni NRFIELD ni JetLag lo

consideran.



Con CorJet se conocen perfectamente las limitaciones espaciales fuera de las cuales la

aplicación del modelo no sería válida. Ni NRFIELD ni JetLag cuentan con esta

información.

Todos estos modelos aplicados estrictamente en campo cercano funcionan bien y

ofrecen resultados razonables, tal y como demuestran las numerosas validaciones realizadas

con cada uno de ellos, sin embargo, cabe destacar al modelo CorJet como la herramienta más

completa para estudios de campo cercano.

3.3.2- Región de transición.

Esta región se encuentra a cierta distancia del punto de vertido y en ella pueden ocurrir

interacciones de la pluma del vertido con la orilla, la superficie del agua, el fondo, etc. Lo que

impide el desarrollo de un régimen de flujo estable. Esta zona comienza al final del régimen de

chorro flotante (región 1-Fig 9.a) y se clasifica según tres procesos principales: la interacción

con los límites (región 2-Fig 9.a), cuando un límite vertical imposibilita cualquier movimiento

vertical, la difusión por flotabilidad (región 3-Fig 9.a), donde el campo contaminante se

establece horizontalmente) y la inestabilidad en campo cercano (Fig 9.b).

Figura 9. Esquema de chorro sumergido en agua estancada. a) Descarga estable

en agua con suficiente profundidad, b) Descarga en aguas poco profundas con zonas de recirculación inestables [6].



Cuando estos procesos pierden importancia en comparación con los de transporte y

dispersión, es cuando se alcanza el campo lejano (región 4-Fig 9.a).Para el caso de corriente

ambiente débil, esta zona de transición puede extenderse hasta distancias superiores a la

profundidad del agua, mientras que para medios receptores en movimiento, los efectos de este

régimen hidrodinámico resultan despreciables.

Al comparar los modelos que pueden utilizarse en esta zona de transición, se llega a la

conclusión de que CORMIX es el que proporciona el análisis más completo.

3.3.3- Campo lejano.

Los procesos que tienen lugar en la región de campo lejano se centran en el movimiento

del agua receptora, por lo que los modelos empleados en esta zona deben ser capaces de

representar la velocidad ambiente, sin ningún tipo de interacción con el campo cercano y poseer

resolución suficiente para incluir los efectos de difusión por flotabilidad de la pluma del vertido.

Los modelos Delft-3D, Mike3, CORMIX y POM/ECOM reúnen las características

necesarias para un modelado adecuado de los procesos del campo lejano.

A continuación se muestra una tabla en la que se clasifican los posibles programas a

emplear en función del tipo de flujo y sus características:



Tabla 3. Modelos válidos para campos cercano y lejano según las características del caso.

TIPOS DE CASOS

MODELOS

VÁLIDOS

CAMPO

CERCANO

Para los casos GENERALES que presenten las

siguientes características:

Alto/bajo momento

Alta/baja flotabilidad

Alta/baja velocidad ambiental

Estratificación arbitraria del ambiente

Alineación arbitraria

Condiciones de escasa o suficiente

profundidad

Interacciones con los límites Difusión por flotabilidad

CORMIX

Con RESTRICCIONES, tales como:

Momento débil

Alta/baja flotabilidad


Alineación arbitraria

Condiciones de profundidad suficiente

Sin interacciones con los límites

Sin difusión por flotabilidad

CorJet NRFIELD

JetLag

Casos ESPECIALES de CAMPO CERCANO

con:

Flotabilidad despreciable

Fluent

CFX (Modelos CFD)

Condiciones hidrostáticas

Interés en largas escalas espaciales

Delft-3D

Mike3

POM/ECOM

Telemac

CAMPO

LEJANO

Para los casos GENERALES que presenten las

siguientes características:

Topografía compleja

Batimetría compleja

Presencia de mareas, viento, etc.

Flujo libre superficial

Condiciones hidrostáticas


Delft-3D

Mike3

POM/ECOM

Telemac

CORMIX

Con RESTRICCIONES, tales como:

Mar abierto

Patrones de corrientes simples

Corrientes en condiciones no estacionarias

Cinéticas simples de contaminantes

Cargas de contaminantes moderadas

FRFIELD

Casos ESPECIALES de CAMPO LEJANO con:

Corrientes estacionarias CFX

FLUENT5

5 Fluent, CFX, Delft-3D, POM/ECOM y Telemac son modelos de zonas de mezcla cuyo estudio no se ha

considerado de interés en este Proyecto al ser modelos menos empleados.



3.3.4- Comparación de características de los modelos.

Como se ha dicho anteriormente, resulta interesante el estudio de una serie de

características en cada uno de los modelos:

Versatilidad de modelado: se refiere a la capacidad del modelo para tener en

cuenta los distintos procesos que ocurren en la zona de mezcla (interacción con los

límites, ambiente estratificado, procesos de difusión por flotabilidad, etc). Es

importante tener en cuenta esta característica para la elección de la herramienta más

adecuada. El modelo CORMIX se compone de una colección de modelos de zona

(módulos) que tienen en cuenta todos estos subprocesos y una combinación de varios

de estos módulos se ejecutan para proporcionar los resultados de predicción. Visual

Plumes, por su parte, no tiene en cuenta los efectos de los límites verticales y

horizontales en la mezcla o en la estabilidad de la descarga, simplemente asume que la

masa de agua es infinita. El modelo VISJET presenta también esta limitación. Visual

Plumes permite el acoplamiento de los resultados de NRFIELD y FRFIELD, mientras

que VISJET no tiene en cuenta ningún proceso más allá del campo cercano. Discharge

Test no permite estudiar casos complejos, sólo aquellos donde la geometría y

condiciones del medio receptor son simples.

Coste: la diferencia de coste entre los distintos modelos es significativa. Mientras que

el precio de la licencia comercial de CORMIX es de 9000$, la de VISJET se reduce a

300$. Por otro lado Visual Plumes y Discharge Test son softwares libres.

Complementos: CORMIX incluye un seguro de calidad, soporte profesional y

documentación detallada, así como un sistema de ayuda muy completo y de corrección

de errores. VISJET no dispone de ninguno de estos complementos. Visual Plumes y

Discharge Test pueden ser descargados de forma gratuita y sin ningún tipo de

restricción, pero no incluyen ninguna de las herramientas anteriores, sólo manuales de

usuario.



Aplicabilidad de los modelos: la herramienta Discharge Test presenta limitaciones

en aquellos casos en los que la diferencia de densidad entre el efluente y el medio

receptor sea significativa. Los programas CORMIX y Visual Plumes están aprobados

por la USEPA para el análisis de zona de mezcla regulatoria. Ambos podrían aplicarse

en emisarios submarinos ubicados a gran profundidad, donde sólo interesara la mezcla

en campo cercano y no hubiese posibilidad de fenómenos dinámicos de adhesión al

fondo. Sin embargo, Visual Plumes no cuenta con ningún procedimiento para

comprobar que no hay posibilidad de que se den estos fenómenos que invalidarían el

uso del modelo. Sólo CORMIX contiene documentación basada en normas de

procedimientos para detectar estos fenómenos.

En la figura 10 se observa que CORMIX es aplicable entre el 80 y el 95% de

los casos estudiados (color verde en la figura). En los casos en los que no es válido,

identificado en color rojo (5-20% de los casos), se debe acudir a modelos hidráulicos y

numéricos. Los modelos integrales de chorro, donde se incluye VISJET, sólo podrían

aplicarse entre un 10 y un 20% de los casos (aquellos que no presenten inestabilidad

del flujo, corrientes de densidad, etc).

Figura 10. Esquema del rango de aplicabilidad de diferentes

modelos en el análisis de la zona de mezcla.



Como conclusión se puede decir que CORMIX resulta adecuado para un mayor

número de casos, ofrece el análisis más completo de la zona de mezcla de todos los modelos

disponibles, está ampliamente validado con casos reales y está recomendado por la USEPA.

Como inconveniente puede destacarse que es el modelo más caro de todos los estudiados.

3.4- Aplicaciones de CORMIX en el análisis de zonas de mezcla.

Como se ha comentado en el apartado anterior, el sistema CORMIX es el que resulta

más adecuado en un mayor número de casos, por lo que se empleará este modelo en el análisis

de la zona de mezcla objeto de estudio.

CORMIX permite predecir el comportamiento de la mezcla en diversos tipos de

descarga (aguas de refrigeración, aguas residuales, plumas térmicas), así como en una amplia

gama de condiciones ambientales que van desde los estuarios, los océanos profundos, ríos

poco profundos, embalses de densidad estratificada y lagos.

Algunas de las características hidrodinámicas especiales de CORMIX son las

siguientes:

Realiza predicciones completas sobre la trayectoria del penacho del vertido, la

forma, la concentración y la dilución en campo cercano y lejano, así como sus

respectivas visualizaciones.

Tiene en cuenta las interacciones de la pluma del vertido con los límites.

Simula los fenómenos dinámicos de adhesión, que son fenómenos que pueden dar

lugar a una alta concentración de contaminantes en el fondo, a la altura del punto

de vertido.

Predice el comportamiento de corrientes por densidad, que son flujos impulsados

por gravedad a través de capas horizontales y que pueden provocar intrusiones de

la pluma aguas arriba del punto de vertido.

En caso de inestabilidad de la descarga, CORMIX usa técnicas de análisis de

escalas de longitud para las predicciones en campo cercano. Estas técnicas están

ampliamente documentadas y apoyadas por publicaciones científicas.



Proporciona una serie de documentos en los que se detalla la evolución completa

de la pluma, la clasificación del flujo, así como las reglas utilizadas para la

elección de dicha clasificación y las conclusiones alcanzadas durante la sesión.

Avisa al usuario cuando la pluma encuentra limitaciones reguladoras de la zona de

mezcla, es decir, cuando supera los valores de la NCA-MA y NCA-CMA.

En el siguiente apartado se estudiará la zona de mezcla de un caso real mediante el

sistema CORMIX.

4-ANÁLISIS DE LOS VERTIDOS HÍDRICOS

EN EL ESTUARIO DEL GUADIANA Y

DEFINICIÓN DE SU ZONA DE MEZCLA

Análisis de los vertidos hídricos en el estuario del Guadiana y definición de su zona de mezcla


4- ANÁLISIS DE LOS VERTIDOS HÍDRICOS EN EL ESTUARIO

DEL GUADIANA Y DEFINICIÓN DE SU ZONA DE MEZCLA.

En la Directiva 2008/105/CE [2], relativa a las Normas de Calidad Ambiental (NCA) en

el ámbito de la política de aguas, se indica, en su artículo 19: “En las inmediaciones de vertidos

de fuentes puntuales las concentraciones de contaminantes son normalmente superiores a las

concentraciones de fondo en las aguas. Así pues, los Estados miembros deben poder hacer uso

de las zonas de mezcla, en la medida en que no afecten al cumplimiento de las NCA

correspondientes en el resto de la masa de aguas superficiales”.

Las NCA se refieren a las incluidas en el anexo I (relativas a sustancias prioritarias y

otros contaminantes) de la Directiva 2008/105/CE. Por otro lado, esta Directiva se ha traspuesto

recientemente a la legislación española a través del Real Decreto 60/2011 [3], en el que se

incluyen, además del anexo I antes citado, el anexo II, relativo a las sustancias denominadas

preferentes, sobre las que también debe definirse la zona de mezcla.

De lo anterior se deduce que es de gran importancia que los Estados miembros

dispongan de métodos para establecer las zonas de mezcla de los vertidos hídricos. A tal fin, se

incluye este apartado, que tiene como principales objetivos el desarrollo de una metodología

para el establecimiento de las zonas de mezcla de vertidos hídricos para sustancias prioritarias y

preferentes y la aplicación de ésta a los vertidos del estuario del río Guadiana.

La metodología propuesta se basa en el documento de la Comisión Europea

“Orientaciones técnicas para la identificación de las zonas de mezcla” [4] que establece un

proceso basado en un enfoque por etapas. En la primera de ellas se han estudiado los vertidos en

el estuario del Guadiana y entre éstos se ha escogido, como ejemplo para la aplicación de la

metodología propuesta, al vertido de la Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de

Ayamonte, ya que es uno de los principales efluentes (equivalente a 19.100 habitantes) que

vierten directamente en el estuario del Guadiana y además, por la naturaleza del vertido, es

previsible que contenga algunas de las sustancias incluidas en los anexos I y II del Real Decreto

60/2011, en concentraciones superiores a las NCA. En las siguientes etapas se han estudiado los

procesos que intervienen en la mezcla y las características del efluente y el medio receptor y se



ha obtenido una predicción de la forma geométrica de la zona de mezcla y la dilución de

contaminantes que se alcanza.

4.1- Estuario del río Guadiana.

El río Guadiana nace en el manantial de los Ojos del Guadiana, situado en el término

municipal de Villarubia de los Ojos (Ciudad Real) y a una altitud de 608 m. Su curso discurre

primero en dirección Este-Oeste, por terrenos de la Mancha y de Extremadura, para después

descender en dirección Sur hasta su desembocadura en el océano Atlántico, entre las

localidades fronterizas de Ayamonte, en Huelva y Vila Real de Santo Antonio, en la región del

Algave, Portugal, donde forma un gran estuario. Tiene una de las mayores cuencas

hidrográficas de la península, con una longitud de 820 Km y una extensión de 67.500 Km2, de

los cuales unos 12.000 Km2 pertenecen a Portugal.

El caudal que presenta el río Guadiana es escaso, en comparación con los principales

ríos de la Península Ibérica. Además, debido a las escasas precipitaciones que tienen lugar en su

cuenca, su caudal es irregular, presentando altas crecidas en diciembre y febrero y fuertes

estiajes6 en agosto.

El estuario de este río es uno de los sistemas fluvio-marinos más importantes del

suroeste de la Península Ibérica. Su origen es un estrecho valle excavado por incisión fluvial,

que actualmente se encuentra en un estado avanzado de colmatación, ya que su morfología

estrecha inhibe el asentamiento en su interior de un importante volumen de sedimento, haciendo

que gran parte de los materiales se depositen en su desembocadura, que sufre un importante

proceso de progradación7, que es el resultado de la interacción de los procesos costeros (olas y

mareas) y continentales (régimen fluvial), teniendo además una notable influencia otros

factores tales como la cantidad de sedimento disponible y la estabilidad del nivel del mar. En

este caso, el sedimento es aportado por el río Guadiana y una deriva litoral muy activa que

circula en sentido Oeste-Este, transportando material arenoso procedente de la costa

portuguesa.

6 Nivel de caudal mínimo que alcanza un río o laguna en algunas épocas del año, debido principalmente a la

sequía. 7 Proceso por el cual el talud continental gana terreno al mar por deposición de materiales en la región costera.



Figura 11. Imagen aérea de Ayamonte y del tramo final del estuario del Guadiana.

El estuario del Guadiana es mesomareal8 con un rango medio de 2,0 m (el valor medio

de la marea muerta es de 1,22 m y el de la marea viva de 2,82 m), produciéndose en los rangos

mareales ciclicidades de distinto periodo (semidiurno, bisemanal y semestral). El régimen

hídrico del río Guadiana presenta un acusado carácter estacional, además de una marcada

irregularidad interanual. Las aportaciones de agua dulce que hace el río al estuario durante un

periodo de marea son pequeñas [23].

Las actividades industriales en el entorno del estuario del Guadiana son escasas, por lo

que los principales factores contaminantes de este estuario son los efluentes urbanos de las

poblaciones de Sanlúcar de Guadiana, Ayamonte, Castro Marin y Vila Real de San Antonio,

localizadas a lo largo de su curso, además de los vertidos ocasionales provocados por las

actividades portuarias. Las aguas de escorrentías procedentes de las actividades agrícolas son

también escasas, debido al bajo porcentaje de tierras dedicadas a la agricultura que existen en

el entorno del estuario.

En la zona próxima al vertido de la EDAR de Ayamonte, el estuario del Guadiana

presenta orillas pantanosas y está flanqueado al este por islas aluviales. En sus márgenes se

sitúan las ciudades de Ayamonte (Huelva) en el lado español y Vila Real de Santo Antonio

(Faro) en la margen portuguesa.

8 Cuando la carrera de marea está comprendida entre los 2 m y los 4 m.



4.2- Vertidos hídricos en el estuario del Guadiana.

El estuario del Guadiana, según el “Inventario de Puntos de Vertido a las Aguas

Costeras y de Transición” de la Consejería de Medio Ambiente y el “Registro Estatal de

Emisiones y Fuentes Contaminantes (PRTR-España)” del Ministerio de Medio Ambiente y

Medio Rural y Marino [24], recibe vertidos industriales de las empresas Acuinova Ayamonte

S.L. y Enernova Ayamonte S.A, así como tres vertidos de aguas residuales urbanas (Ayamonte,

Puente Esuri y Sanlúcar de Guadiana).

La empresa Acuinova Ayamonte S.L. es una piscifactoría que pertenece al grupo

Pescanova y que está dedicada a la cría de mariscos. Presenta dos puntos de vertidos

controlados mediante compuertas. Por su parte, la otra empresa que vierte al estuario del

Guadiana, Enernova Ayamonte S.A., es una central térmica cuya actividad se basa en la

producción de energía eléctrica (475000 GJ/año), de origen térmico convencional. En el año

2008, esta empresa instaló una planta de cogeneración, con el objetivo de producir agua de

mar caliente (vertido de proceso procedente de la refrigeración del condensador) para el

consumo de la piscifactoría propiedad de Acuinova Ayamonte S.L.

Con respecto a los vertidos de aguas residuales, en el estuario del Guadiana se sitúan

dos EDAR, la de Puente Esuri, de 4.025 habitantes equivalentes y la de Ayamonte, de 19.012

habitantes equivalentes, ambas gestionadas por la empresa Gestión Integral del Agua de la

Costa de Huelva S.A. (GIAHSA).

Por último, la localidad de Sanlúcar de Guadiana también genera un vertido al estuario

del Guadiana. En la actualidad se trata de un vertido urbano sin depurar, de aproximadamente

2.000 habitantes equivalentes (según la Delegación Provincial de la Consejería de Medio

Ambiente de Huelva).

4.2.1- Elección del vertido a estudiar.

A la hora de seleccionar un vertido para el estudio de su zona de mezcla, según la

metodología que se propone, se han descartado a los efluentes de las dos empresas industriales.

El motivo de no haber elegido los vertidos de Acuinova Ayamonte S.L., es que se trata de



efluentes procedentes de una piscifactoría y, previsiblemente, tendrá unos niveles de

concentración en sus aguas de las sustancias objeto de estudio (preferentes y prioritarias) muy

bajos. También se ha descartado el de Enernova Ayamonte, S.A porque se trata de un vertido de

proceso (procedente de la refrigeración del condensador), que se emplea para el consumo de la

piscifactoría Acuinova Ayamonte S.L.

Entre los vertidos de aguas residuales urbanas se ha seleccionado, para el estudio de su

zona de mezcla, el de la EDAR de Ayamonte, ya que es el mayor de ellos (equivalente a 19.100

habitantes). Además, dada la naturaleza de este tipo de vertido (procedente de una EDAR), es

previsible que contenga algunas de las sustancias objeto de estudio (preferentes y prioritarias)

en concentraciones superiores a las NCA.

Figura 12. Imagen de la EDAR de Ayamonte.

El vertido seleccionado tiene un caudal medio de unos 7.700 m3/día y se realiza

mediante un emisario, que se encuentra situado en la margen derecha del estuario del Guadiana,

en una zona próxima a su desembocadura, por lo que está muy influenciada por los

movimientos de la marea (ver figura 14). Es de señalar que el emisario solo está sumergido

completamente durante unas horas, a lo largo del ciclo de marea.



Figura 13. Localización del vertido de la EDAR de Ayamonte.

Figura 14. Vertido de la EDAR de Ayamonte en distintas fases de la marea.

4.3- Parte experimental.

En este apartado se describen los métodos de toma y preservación de las muestras

tomadas, tanto en los vertidos de la EDAR de Ayamonte como en el estuario del Guadiana.

También se describen los métodos empleados para el análisis de las sustancias prioritarias y

preferentes incluidas en los anexos I y I del Real Decreto 60/2011, presentes en las muestras de

Salida del vertido



aguas tomadas. Por último, se indica el método utilizado para determinar la velocidad del agua

en el estuario del Guadiana (en el entorno del emisario de la EDAR).

4.3.1- Toma de muestras.

Para la determinación de la zona de mezcla es necesario tomar dos tipos de muestras:

una de las aguas residuales procedentes del vertido de la EDAR de Ayamonte y que se ha

tomado en la propia planta, y otra en las aguas del estuario cercanas al punto de vertido.

Vertido de la EDAR de Ayamonte:

En las instalaciones de la EDAR se han tomado tres muestras de aguas del efluente

final, una el día 16 de mayo de 2011, a las 10:30 h y con la marea subiendo, y dos el día 27 de

junio de 2011: una a las 11:00 h y con la marea subiendo y la otra a las 16:40 h con la marea

bajando.

La toma y preservación de las muestras se han realizado de acuerdo con las normas

UNE-EN ISO 5667 [25 y 26] y con las recomendaciones recogidas en “Standard Methods for

the Examination of Water and Wastewater” [27].

En la siguiente tabla se indican los tipos de envases y los agentes preservantes

empleados en las tomas de muestras para los distintos parámetros a analizar:

Tabla 4. Toma y preservación de muestras.

SUSTANCIAS TIPO DE ENVASE AGENTE DE PRESERVACIÓN

Cobre, cadmio, plomo,

níquel, cinc, cromo total Polietileno Previa filtración, HNO3 hasta pH <2

Cromo VI Polietileno En la oscuridad y a 4 ºC

Arsénico Polietileno Previa filtración, HCl hasta pH <2

Mercurio Vidrio Previa filtración, 2 ml/l de K2Cr7O7 al 20%

(p/v) en HNO3 (1:1) y HNO3 hasta pH <2

Resto de sustancias Vidrio En la oscuridad y a 4 ºC



Durante los días de toma de muestras (16 de mayo y 27 de junio de 2011) se midió

además la profundidad del agua en el punto de vertido a lo largo de todo el ciclo de marea, ya

que éste será un parámetro necesario a la hora de determinar la zona de mezcla.

Agua en el estuario del Guadiana.

En el estuario del Guadiana se localizó un punto de toma de muestra de agua situado a

150 metros aguas arriba del vertido de la EDAR (ver figura 15). En este punto se tomaron tres

muestras de aguas en los mismos días y a las mismas horas que se muestreó el vertido de la

EDAR. También la toma y preservación de las muestras se realizó de acuerdo con las normas

UNE-EN ISO 5667 y con las recomendaciones recogidas en “Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater” y se emplearon los mismos tipos de envases y agentes

preservantes que los comentados en el apartado anterior.

Figura 15. Localización del punto de muestreo en el estuario del Guadiana.

4.3.2- Métodos de análisis.

Para el análisis de las sustancias objeto de estudio se han empleado cuatro tipos de

técnicas analíticas: espectrometría de absorción atómica, espectrometría de fluorescencia

atómica, cromatografía líquida y cromatografía gaseosa. Las dos primeras se han utilizado para

el análisis de metales y las dos últimas para el análisis de sustancias orgánicas.

Vertido EDAR

Punto Muestreo



Espectrometría de Absorción Atómica (EAA).

Se han empleado dos métodos de EAA, en el primero se utilizó un sistema de EAA con

atomización electrotérmica (horno de grafito) y en el segundo un equipo con atomizador de

llama (previa extracción liquido-líquido).

a) EAA con atomización electrotérmica.

Este método se empleó para el análisis de cromo total y básicamente consiste en

introducir la muestra de agua (con un modificador de matriz de nitrato de magnesio)

en un equipo de EAA con un atomizador de horno de grafito y con un corrector de

fondo de efecto Zeeman, modelo 4110 ZL de Perkin Elmer.

b) EAA con atomización con llama.

Este método se utilizó para el análisis de: cobre, cadmio, plomo, níquel, cinc y

cromo VI. En este método se realiza una preconcentración de las muestras con

APDC y metil isobutil cetona y, a continuación, se introducen las muestras

preconcentradas en el atomizador de llama de un equipo de EAA, modelo AAnalyst

300 de Perkin Elmer.

Espectrometría de Fluorescencia Atómica.

Este método se empleó para el análisis de mercurio y básicamente consiste en generar

vapor de mercurio elemental, por reducción de la muestra con cloruro de estaño, y mediante una

corriente de argón, que actúa como gas portador, se introduce en el detector de fluorescencia

atómica. El equipo utilizado ha sido el modelo MERCUR de Analytik-Jena.

Cromatografía Líquida.

Este método se utilizó para el análisis de Diurón e Isoproturón y consiste en realizar una

extracción en fase sólida en “on line”, seguido de un análisis por cromatografía líquida con

detección de espectrometría de masas-masas. El equipo utilizado ha sido un cromatrógrafo

HPLC 1200 SL de Agilent y un espectrómetro de masas Applied Biosystem API 3200

Q-TRAP.



Cromatografía Gaseosa.

En el caso de la cromatrografía gaseosa se han empleado tres métodos diferentes, en el

primero se realizó una derivatización9

de la muestra seguida de una microextracción

líquido-líquido; el segundo método fue el denominado de espacio en cabeza con un detector de

captura de electrones, y en el tercero se hizo una microextracción en fase sólida SPME (Solid

Phase Micro Extraction) y se analizó con un equipo de cromatografía gaseosa acoplado con un

espectrómetro de masas (que actúa como detector).

a) Derivatización y microextracción líquido-líquido.

Este método se utilizó para el análisis de los TBT y básicamente, consiste en

realizar una derivatización de la muestra con tetraetilborato sódico seguida de una

microextracción líquido-líquido. El análisis de extracto se hizo con un

cromatógrafo de gases 6890N Agilent acoplado a un espectrómetro de masas

5973 Inert de Agilent y empleando la técnica de dilución isotópica.

b) Espacio en cabeza.

Este método se empleó para el análisis de los compuestos más volátiles, tales como:

triclorometano, tetracloroetileno, 1,2,4-triclorobenceno, 1,2-dicloroetano,

tetraclorometano, etc. En este método se utilizó un cromatógrafo de gases 6890N de

Agilent con un detector de captura de electrones de Agilent y provisto de una

unidad de incubación de viales, de un inyector vaporizador (CIS-4 de Gerstel) y un

muestreador automático (MPS-2 de Gerstel).

c) Microextracción en fase sólida (SPME).

Este método se utilizó para analizar el resto de los parámetros objeto de estudio. La

extracción y concentración de los analitos se realizó mediante un tipo de

microextracción en fase sólida denominada “Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE)”.

En esta técnica se utiliza una barra magnética (stir bar) de 2,0 cm de longitud y

recubierta de polidimetilsiloxano (PDMS), conocida comercialmente con el

9 Proceso mediante el cual se transforma el analito por una reacción química a un derivado más fácil de analizar. Se

emplea en la cromatografía de gases para obtener especies más volátiles y no tener que usar temperaturas

demasiado altas.



nombre de Twister. Esta barra se introduce en 100 ml de muestra a los que

previamente se les ha añadido 20 g de ClNa, y se agita magnéticamente durante 14

horas. Esto permite la adsorción de los analitos en el PDMS del Twister.

El cromatógrafo de gases empleado fue el 6890N Agilent acoplado a un

espectrómetro de masas 5973 Inert de Agilent y provisto de una unidad de

desorción térmica (TDU de Gerstel), un inyector vaporizador (CIS-4 de Gerstel) y

un muestreador automático (MPS-2 de Gerstel).

4.3.3- Determinación de la velocidad de la corriente en el estuario.

En las proximidades del punto donde vierte el emisario de la EDAR, se encuentra un

sistema autónomo de monitorización de parámetros ambientales, el sistema Simpatico, que ha

sido desarrollado por el Centro de Investigación Marina (CIMA) de la Universidad del Algarve,

para la vigilancia “in situ” de la velocidad de la corriente y de diversos parámetros relacionados

con la calidad del agua en el estuario del Guadiana.

Figura 16. Localización del sistema Simpatico para la medida de velocidades.

El sistema Simpatico se compone de cuatro elementos principales: una boya en la

superficie, anclada al fondo; un registrador de datos, localizado en el interior de la boya; una

sonda multiparamétrica para el control de la calidad del agua y un correntímetro Doppler

Vertido EDAR

Sistema Simpático



también anclado al fondo (ver figura 17). El medidor de corriente mide velocidades de

corriente en intervalos de 3 segundos y a diferentes profundidades de la columna de agua (40

m máximo). La función de la sonda multiparamétrica es proporcionar información acerca de la

conductividad, turbidez, oxígeno disuelto, temperatura, pH y concentración de clorofila. El

registro y almacenamiento de los datos tiene lugar en el registrador de datos localizados en el

interior de la boya [28].

Figura 17. Fotografía y esquema del sistema Simpatico en el estuario del Guadiana.

Las medidas en continuo obtenidas cada 15 minutos por la sonda paramétrica y el

correntímetro se descargan automáticamente a través de GSM (sistema global para las

comunicaciones móviles) a un servidor remoto localizado en Lisboa y gestionado por el

instituto MARETEC (Marine Environment Technology Center) de la Universidad de Lisboa.

Los datos relativos a la velocidad de la corriente en el punto donde vierte el emisario de

la EDAR, se han tomado de las medidas realizadas por el sistema Simpatico, debido a su

proximidad con el punto de vertido.

4.4- Resultados analíticos.

En las tablas 5 y 6 se incluyen, respectivamente, los resultados obtenidos en el análisis

de los parámetros incluidos en los anexo I y II del Real Decreto 60/2011, de las tres muestras

tomadas en el vertido de la EDAR de Ayamonte.



Tabla 5. Resultados analíticos del vertido de la EDAR de Ayamonte, expresados en µg/l,

correspondiente a las sustancias del anexo I del Real Decreto 60/2011.

SUSTANCIA 16/05/2011 27/06/2011 27/06/2011

10h30’ 11h00’ 16h40’

Plaguicidas

Alacloro < 0,01 < 0,01 < 0,01

Atrazina < 0,02 < 0,02 < 0,02

Clorfenvinfos < 0,01 < 0,01 < 0,01

Clorpirifós 0,22 < 0,01 < 0,01

DDT total < 0,03 < 0,03 < 0,03

p,p’-DDT < 0,01 < 0,01 < 0,01

Endosulfán < 0,01 < 0,01 < 0,01

Hexaclorobenceno < 0,01 < 0,01 < 0,01

α-Hexaclorociclohexano < 0,01 < 0,01 < 0,01

β-Hexaclorociclohexano < 0,01 < 0,01 < 0,01

δ-Hexaclorociclohexano < 0,01 < 0,01 < 0,01

Pentaclorobenceno < 0,005 < 0,005 < 0,005

Plaguicidas tipo ciclodieno

Aldrín < 0,01 < 0,01 < 0,01

Dieldrín < 0,005 < 0,005 < 0,005

Endrín < 0,005 < 0,005 < 0,005

Isodrín < 0,01 < 0,01 < 0,01

Trifluralina < 0,01 < 0,01 < 0,01

Simazina < 0,05 < 0,05 < 0,05

Hidroc. Aromáticos Policíclicos

Antraceno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Benzo(a)pireno < 0,01 0,17 0,24

Benzo(b)fluoranteno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Benzo(k)fluoranteno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Benzo(g,h,i)perileno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Indeno(1,2,3-cd)pireno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Fluoranteno < 0,01 < 0,01 < 0,01

Naftaleno < 0,05 < 0,05 < 0,05

Compuestos orgánicos volátiles

Benceno < 1 < 1 < 1

1,2-Dicloroetano < 1 < 1 < 1

Diclorometano < 1 < 1 < 1

Hexaclorobutadieno < 0,1 < 0,1 < 0,1

Tetracloroetileno < 1 < 1 < 1

Tetracloruro de carbono < 1 < 1 < 1

Triclorobenceno < 0,3 < 0,3 < 0,3

Tricloroetileno < 1 < 1 < 1

Triclorometano < 1 < 1 < 1

Fenilureas

Diurón 0,10 0,04 0,04

Isoproturón < 0,05 < 0,05 < 0,05

Pentaclorofenol < 0,05 < 0,05 < 0,05



Tabla 5. Continuación.

SUSTANCIA 16/05/2011 27/06/2011 27/06/2011

10h30’ 11h00’ 16h40’

Metales disueltos

Cadmio < 1 < 1 < 1

Mercurio 0,03 0,06 0,02

Níquel < 2 3 < 2

Plomo 5 < 5 < 5

Octil-nonil fenoles

Nonilfenol < 0,5 < 0,5 < 0,5

4-n-nonilfenol < 0,05 < 0,05 < 0,05

Octilfenol < 0,05 < 0,05 < 0,05

Otros compuestos

Di (2-etilhexil)ftalato < 0,5 < 0,5 < 0,5

Difenieléteres bromados < 0,01 < 0,01 < 0,01

Cloroalcano C10-C13 1,0 < 0,5 < 0,5

Tributilestaño < 0,001 < 0,001 < 0,001

Tabla 6. Resultados analíticos del vertido de la EDAR de Ayamonte, expresados en µg/l, correspondiente a las sustancias del anexo I del Real Decreto 60/2011.

SUSTANCIA 16/05/2011 27/06/2011 27/06/2011

10h30’ 11h00’ 16h40’

Compuestos orgánicos volátiles

Clorobenceno < 1 < 1 < 1

Diclorobenceno < 1 < 1 < 1

Etilbenceno < 1 < 1 < 1

Tolueno < 1 < 1 < 1

1,1,1-Tricloroetano < 1 < 1 < 1

Xileno < 2 < 2 < 2

Metales disueltos

Arsénico 5 3 3

Cinc 30 15 21

Cobre 5 < 4 < 4

Cromo < 1 < 1 < 1

Cromo VI < 5 < 5 < 5

Selenio < 1 < 1 < 1

Plaguicidas

Metolacloro < 0,01 < 0,01 < 0,01

Terbutilazina < 0,02 < 0,02 < 0,02



Como puede observarse, la concentración de la mayoría de las sustancias está por debajo

de los límites de detección de los métodos analíticos empleados. Sólo se superan dichos límites,

en algunas de las muestras, para los siguientes parámetros: clorpirifós, benzo(a)pireno, diurón,

mercurio, níquel, plomo, cloroalcanos, arsénico, cinc y cobre.

En la muestra tomada el día 16 de mayo de 2011 se han superado las NCA para

clorpirifós y cloroalcano. El clorpirifós alcanza un valor de 0,22 µg/l, mientras que su

NCA-MA10

se sitúa en 0,03 µg/l y su NCA-CMA11

en 0,1 µg/l. En lo que se refiere al

cloroalcano, el valor de éste en la muestra es de 1,0 µg/l, siendo el valor de su NCA-MA de 0,4

µg/l y el de su NCA-CMA de 1,4 µg/l.

Por otro lado, en las muestras tomadas el día 27 de junio de 2011 se superan las NCA

para el benzo(a)pireno, ya que los valores alcanzados en la muestra para este parámetro son de

0,17 y 0,24 µg/l, mientras que su NCA-MA es de 0,05 µg/l y su NCA-CMA es de 0,1 µg/l.

Para determinar los valores de fondo de los parámetros en los que se han superado las

NCA en el vertido de la EDAR (clorpirifós, cloroalcanos y benzo(a)pireno), se han analizado

estos parámetros en las muestras tomadas en el estuario del Guadiana.

Tabla 7. Resultados analíticos en el estuario del Guadiana.

SUSTANCIA 16/05/2011 27/06/2011 27/06/2011

10h30’ 11h00’ 16h40’

Clorpirifós <0,01 <0,01 <0,01

Cloroalcanos <0,5 <0,5 <0,5

Benzo(a)pireno <0,01 <0,01 <0,01

En la tabla 7 puede observarse, que todos los parámetros analizados en el estuario del

Guadiana alcanzan valores de concentración inferiores a los límites de detección de los métodos

analíticos empleados.

10 NCA-MA: Norma de Calidad Ambiental expresada como valor Medio Anual. 11 NCA-CMA: Norma de Calidad Ambiental expresada como Concentración Máxima Admisible.



4.5- Determinación de la zona de mezcla para sustancias

prioritarias y preferentes del vertido de la EDAR de Ayamonte en

el estuario del Guadiana.

La metodología aplicada para el establecimiento de la zona de mezcla del vertido

hídrico objeto de estudio, está basada en el documento de la Comisión Europea “Orientaciones

técnicas para la identificación de las zonas de mezcla” [4]. El objetivo de este documento es

ayudar a las autoridades competentes a determinar en qué casos se requiere establecer una zona

de mezcla y, en segundo lugar, definir el tamaño y la admisibilidad de ésta, mediante una

estrategia escalonada de 5 niveles, que permita aplicar el grado de detalle y control adecuado.

En cada nivel, se identifican los vertidos que no presentan ningún riesgo y, los que requieren

alguna medida para reducir la extensión de la zona de mezcla.

La estrategia escalonada se compone de las siguientes etapas de evaluación:

Nivel 0: Determinación de la presencia de contaminantes de riesgo.

Nivel 1: Análisis preliminar.

Nivel 2: Estudio simple.

Nivel 3: Evaluación detallada.

Nivel 4: Estudio científico/Validación de modelos.

En los siguientes apartados se describe el proceso de evaluación realizado para el

vertido de la EDAR de Ayamonte. En cada uno de los niveles, se especifican los recursos y

procedimientos empleados para cumplir con las indicaciones que se establecen en cada uno de

ellos, así como los resultados y conclusiones obtenidas en las sucesivas etapas de la evaluación.

Las simulaciones se realizan en base a los datos recogidos durante los días 16 de mayo

de 2011 y 27 de junio de 2011.

4.5.1- Nivel 0.

El objetivo de este primer nivel es la identificación de aquellos vertidos a una masa de

agua que puedan provocar que se superen, en esta masa, los valores de concentración de

contaminantes establecidos por las NCA en la Directiva 2008/105/CE [2]. Las NCA aplicables



a las masas de agua tratan de garantizar la protección adecuada en todos los compartimentos del

medio receptor. Por tanto, los vertidos que no contengan concentraciones de contaminantes que

superen las NCA, no deben someterse a más estudios, ni requieren la determinación de su zona

de mezcla.

El estudio de este nivel consta de dos etapas. En primer lugar, es necesario comprobar

si el vertido puede contener algún contaminante de riesgo a una concentración detectable con

la suficiente frecuencia para justificar su designación como zona de mezcla. En caso

afirmativo, la segunda etapa consiste en comprobar si la concentración supera los valores

fijados por las NCA.

Las orientaciones recogidas en el documento mencionado [4] no exigen a los Estados

miembros comprobar la presencia en cada punto de vertido de todas y cada una de las

sustancias recogidas en los anexos, sino solamente las introducidas por el proceso que se está

analizando.

El estado químico de una masa de agua se determina siguiendo los procedimientos

descritos en el documento guía nº 7 de la ECI12

(“Seguimiento previsto por la Directiva Marco

de Agua”). Cuando los resultados de estas comprobaciones13

informen de concentraciones

superiores de una o varias de las NCA definidas en la Directiva 2008/105/CE, será necesario

investigar todos los vertidos que puedan contener alguno de los contaminantes de interés,

poniéndose en marcha el procedimiento para la designación de la zona de mezcla.

Cuando se considere que un vertido no pueda contener un contaminante de riesgo o

que, aunque pueda contenerlo, existe un alto nivel de confianza en que las características del

efluente (valores estadísticos de la concentración) no justifican la designación de una zona de

mezcla, la autoridad competente debe registrar los datos correspondientes, sin adoptar

medidas al respecto. En caso contrario, la evaluación debe pasar al nivel 1.

12 Estrategia Común de Implantación de la Directiva Marco de Agua a escala europea. 13 En caso de vertidos nuevos, no estarán disponibles estos datos de seguimiento. En tales casos, será necesario

establecer un diálogo con el responsable del vertido para determinar el nivel de concentración del mismo y poder

realizar una evaluación inicial.



En el siguiente flujograma se recogen las reglas de decisión establecidas para este

nivel de evaluación.

Figura 18. Flujograma del nivel 0 de evaluación.

Aplicación del nivel 0 de evaluación al vertido estudiado:

Etapa 1 “puede contener”: esta etapa se desarrolla para identificar los vertidos

que contengan sustancias a una concentración detectable, con la suficiente

frecuencia para justificar su designación como zona de mezcla.

Existen distintas vías para conocer si un vertido “puede contener” un contaminante

de interés14

. Una de ellas consiste en la detección del contaminante mediante un

análisis químico realizado en el punto de vertido, en la zona de recogida de aguas

residuales o en una corriente de proceso situada aguas arriba del vertido. En

relación con los análisis del vertido de la EDAR de Ayamonte correspondientes al

14 Ver apartado 7.1 del documento de la Comisión Europea [4]

Registrar y revisar

periódicamente

¿[COC]ef >NCA?

Inicio de la evaluación

No

No

Ir al nivel 1

Masa de aguaobjeto de estudio

Sí

¿Presencia de contaminantesque superen las

NCA?

No

Sí

Nivel 0: Presencia de vertidos que superan los límites de las NCA

¿Existenfuentes

puntuales?

NCA

No existenimpactos con arreglo a los

criterios de la DMA sobre sustancias

prioritarias

Sí

Concentracióndel efluente

ETAPA 1

ETAPA 2



día 16 de mayo de 2011 (muestra 1), se ha detectado que se superan15

las NCA para

clorpirifós y cloroalcanos. En el caso de las muestras del 27 de junio de 2011

(muestras 2 y 3) se ha detectado la superación del benzo(a)pireno en ambos casos.

- Etapa 2 “Contaminante > NCA”: la concentración de cloropirifós de la muestra 1

analizada es de 0.22 µg/L y la de cloroalcanos de 1 µg/L. En el caso de las muestras 2

y 3, la concentración del benzo(a)pireno es de 0.17 µg/L y 0.24 µg/L,

respectivamente. A la vista de la tabla 8 en la que se muestran los valores de la NCA,

puede comprobarse que se superan los valores de concentración para los

contaminantes citados.

Tabla 8. Valores de la NCA (µg/l) para las sustancias objeto de estudio.

SUSTANCIA NCA-MA NCA-CMA

Clorpirifós 0,03 0,1

Cloroalcanos 0,4 1,4

Benzo(a)pireno 0,05 0,1

4.5.2- Nivel 1.

En este nivel se determina, mediante pruebas sencillas, si los vertidos identificados en el

nivel anterior merecen una mayor atención. Este análisis puede llevarse a cabo sin necesidad de

entrar a valorar en detalle el grado de superación del límite impuesto en una NCA; es suficiente

registrar la realización del proceso correspondiente al nivel 1, sin que haga falta precisar la

extensión espacial o temporal de dicha superación.

En el documento técnico sobre la identificación de las zonas de mezcla [29]16

, se

incluyen los criterios empleados para diferenciar entre los vertidos que pueden provocar

problemas de calidad (requerirán el estudio de la zona de mezcla) y los vertidos no

problemáticos.

15 Se considera que el vertido “puede contener” un contaminante de interés, si existe un nivel de confianza del 95%

en que la concentración del efluente sobrepasa el límite de cuantificación durante el 10% del tiempo

correspondiente al período de evaluación. 16 Anexo al documento “Orientaciones técnicas para la identificación de zonas de mezcla” [4]



De igual manera, puede realizarse la evaluación de nivel 1 mediante la herramienta

Discharge Test17

, donde a partir de una descripción básica del efluente, la aplicación realiza

cálculos sencillos (basados en las ecuaciones de Fischer) e informa si el vertido cumple con la

NCA, por tanto, no sería necesario continuar con la evaluación, o bien, indica que el vertido

debe ser analizado según el nivel 2.


La depuradora de Ayamonte vierte directamente al estuario del Guadiana, por lo que se

debe acudir al apartado correspondiente a las aguas de transición (apartado 8.3 del documento

“Orientaciones técnicas para la identificación de zonas de mezcla” [4]).

A continuación se muestra el flujograma a seguir en el nivel 1 para las aguas de

transición:

Figura 19. Flujograma del nivel 1 para las aguas de transición.

En el caso de los estuarios, en función de las circunstancias locales, la situación se

asemejará más al escenario descrito para los ríos, o bien al correspondiente a las aguas costeras.

17 Aplicación desarrollada para la determinación de las zonas de mezcla según las directrices incluidas en el

documento “Orientaciones técnicas para la identificación de las zonas de mezcla” [4]. La primera versión (Excel)

presentaba algunas limitaciones para el caso de aguas con marea. Con la nueva versión Discharge Test for fresh

and tidal waters (aplicación web) se superan estas limitaciones.

Viene del nivel0

Aplicar el nivel 1d(aguas costeras)

Sí

No

¿Fluviales?Características

de las aguasreceptoras

Aplicar el nivel1a (ríos)



En el estuario del Guadiana existe una importante influencia mareal, por lo que estos

efectos no pueden despreciarse. Se debe realizar la prueba de significación para las aguas

costeras (apartado 8.4 del documento citado anteriormente), o bien proceder directamente al

nivel 2. En este caso se ha considerado de interés aplicar la herramienta Discharge Test. Los

datos de entrada a la aplicación son los siguientes:

Coordenadas geográficas del punto de vertido: Latitud: 37º11’43.08’’ N y

Longitud: 7º 24’ 19.61’’.

Caudal de vertido: 0.0892 m3/s.

Caudal de flujo: 75m3/s.

Los datos de concentración para cada uno de los casos estudiados introducidos en la

aplicación se recogen en la siguiente tabla:

Tabla 9. Datos de entrada para cada uno de los casos de estudio.

SUSTANCIA

Clorpirifós

Cloroalcanos

Benzo(a)pireno

(11h)

Benzo(a)pireno

(16.40h)

Concentración

(µg/l) 0,22 1 0,17 0,24

Concentración de

fondo(µg/l)18

0,005

0,25

0,005

0,005

En todos los casos, tras la aplicación del test, se obtiene que el vertido cumple con los

criterios establecidos en el nivel 1 de evaluación. Sin embargo, al tratarse de un vertido

ubicado en una zona con una elevada influencia mareal y cuyo emisario no se encuentra

sumergido en todas las fases de la marea, se ha considerado de interés pasar al nivel 2. En el

Anexo 2 se ofrecen los resultados obtenidos para cada una de las simulaciones.

4.5.3- Nivel 2.

La finalidad del estudio correspondiente al nivel 2 es la eliminación de aquellos vertidos

que pertenezcan claramente a las categorías de admisibles o inadmisibles, mediante una

18 Al ser los valores de las sustancias en el estuario del Guadiana inferiores a los límites de detección (ver tabla 7)

se ha considerado como concentración de fondo la mitad de su límite de detección.



evaluación preliminar que proporcione una estimación indicativa del grado de superación de los

valores de las NCA.

Para llevar a cabo este análisis, en el apartado 3.3 del documento anexo citado

anteriormente [29], se describen métodos sencillos de evaluación basados en las ecuaciones de

Fischer. También puede hacerse uso de la aplicación informática Discharge Test o de otras

herramientas disponibles comercialmente (CORMIX, Visual Plumes, etc).

Si tras la evaluación se obtiene que la zona de mezcla es claramente inadmisible (es

decir, cualquier otro tipo de análisis más preciso y detallado no va a modificar la conclusión

obtenida), es obligatorio adoptar medidas para reducir el alcance del incumplimiento de las

NCA, según indica el documento con el que se está trabajando [4] en su apartado 14.

En el caso de que la zona de mezcla propuesta resulte claramente admisible, se puede

proceder a la designación de la zona de mezcla sin necesidad de realizar más esfuerzos y, al

establecimiento de las condiciones para la autorización del vertido correspondiente.


Viene del nivel1

¿Está clara la admisibilidad de

todas las zonas de mezcla?

Ir al nivel 3

Registrar y revisarperiódicamente

¿Es posible mejorarel proceso de toma

de decisiones mediantenuevos modelos detallados?

Cálculo simple de la extensión la zona de mezcla en relación con todos los valores de

las NCA

¿Está clara la admisibilidad de

una o varias zonasde mezcla?

Medidas necesariaspara reducir la extensión de la zona de mezcla

Ir al nivel 4

Sí

No

No

Sí

Sí

No



Existen otros casos en los que con este nivel de análisis no puede asegurarse que el

vertido sea admisible o no. En estas circunstancias se pasaría al nivel 3 de evaluación.


Debido a la presencia de las mareas en el estuario, es previsible que las características

de la pluma del vertido varíen de forma significativa con el tiempo. Sin embargo, para este

nivel de evaluación, es suficiente una simulación en condiciones estacionarias, que se utilizará

como base de comparación para estudios posteriores, donde se tengan en cuenta los efectos

provocados por la inversión del flujo para determinar la evolución temporal de la pluma.

En el documento “Orientaciones técnicas para la identificación de zonas de mezcla”

[4], se especifica que, para el caso de los ríos, algunos Estados miembros establecen que la

extensión de la zona de mezcla admisible sea proporcional a la anchura de la masa de agua y

esté limitada a un valor prefijado. Es el caso de los Países Bajos en los que la longitud (L) de la

zona de mezcla para las sustancias químicas es proporcional al ancho de la masa de agua y

equivale a 10*W (siendo W el ancho de la masa de agua), con un valor máximo de 1.000 m.

Otro ejemplo es el de Austria, en el que L está limitada a 1.000 m en las masas de agua de

hasta 100 m de ancho, y cuando ésta es superior, se define L como 10*W.

Para las aguas de transición y costeras se utiliza el mismo razonamiento que para los

ríos. Se propone una longitud máxima de la zona de mezcla de 10*W con una longitud

máxima de L19

m. A partir de la longitud máxima y teniendo en cuenta la relación entre los

caudales de flujo y reflujo, se establece la extensión20

que la zona de mezcla puede alcanzar

aguas arriba (Lu) y aguas abajo (Ld) del punto de vertido.

Lu =Qflujo

Qreflujo ∙

L

2

19 En los Países Bajos, se establece una longitud máxima para las aguas de transición igual a la establecida para el

caso de los ríos, L=1.000 m. En este caso, L= Lu+Ld. 20 Las ecuaciones para estimar Lu y Ld se detallan en el apartado 3.3.1 del documento anexo a las orientaciones

técnicas [42].



Siendo:

Qfllujo = Volumen total durante el período de flujo.

Qreflujo = Volumen total durante el período de reflujo (= Qfllujo + T*Qneto).

L = Longitud máxima de la zona de mezcla (10*W con un máximo de L m).

Lu = Longitud máxima de la zona de mezcla aguas arriba del punto de descarga.

Ld = Longitud máxima de la zona de mezcla aguas abajo del punto de descarga (Ld =

L-Lu).

En la siguiente figura se muestra de manera gráfica los parámetros expuestos

anteriormente.

Figura 21. Zona de mezcla en aguas con marea.

El estuario del Guadiana tiene un ancho superior a 600 m, con lo que la longitud

máxima con la que se realizará la comparación es de 1.000 m. No se dispone de los caudales

de flujo y reflujo, ya que la estación de medida queda muy lejos del punto de vertido. En

nuestro caso, se ha considerado que un valor conservativo para las longitudes sería Lu = Ld =

L/2 = 500 m.

Para determinar la extensión de las zonas de mezcla, se ha optado por hacer uso

directamente de la herramienta CORMIX, ya que aporta mayor información que la que facilita

Discharge Test.

En este nivel 2 se han seleccionado, para su estudio con CORMIX, las siguientes

situaciones:



Día 16 de mayo de 2011: a las 17:00 h, media hora después del estado de calma

(16:30 h) una vez pasada la pleamar, es decir, el agua está saliendo del estuario. En

este momento la altura de agua registrada en el punto de vertido era de 2,05 m y la

velocidad de la corriente de 0,298 m/s. Se ha realizado una simulación para

clorpirifós y otra para cloroalcanos.

Día 27 de junio de 2011: a las 13:45 h, aproximadamente una hora antes del

estado de calma (14:57 h) antes de la pleamar, es decir, el agua está entrando en el

estuario. La altura de agua registrada en el punto de vertido en ese momento era de

2,15 m y la velocidad de la corriente de 0,359 m/s. La simulación en este caso se ha

realizado para el benzo(a)pireno.

Para trabajar con CORMIX se requiere una preparación previa de los datos de

entrada21

. A continuación se detalla cómo se han obtenido los valores de los distintos

parámetros.

a) Preparación de los datos de entrada.

Caracterización del efluente:

Densidad del efluente: ρ0=1.001 kg/m3.

La densidad del efluente se ha determinado con un densímetro, a partir de la toma

de muestra realizada en el punto de vertido.

Exceso de concentración del efluente: se calcula como la diferencia entre la

concentración del contaminante en la muestra y la concentración del fondo. Para

el cálculo de la concentración de fondo se toma la mitad del límite de detección

para cada una de las sustancias. Estos excesos de concentraciones para cada uno

de los compuestos de interés son los siguientes:

21 En el anexo 3 se ofrece una lista de chequeo para uno de los casos de estudio.



Tabla 10. Exceso de concentración para cada una de las sustancias.

SUSTANCIA Clorpirifós

(16/05/11)

Cloroalcanos

(16/05/11)

Benzo(a)pireno

(27/06/11)

Concentración

medida (μg/l) 0,22 1,0 0,17

Concentración

de fondo (μg/l) 0,005 0,25 0,005

Exceso de

concentración

(μg/l)

0,215 0,75 0,165

Caudal del efluente: Q0 = 0,0892 m3/s (parámetro facilitado por Agencia del

Medio Ambiente y Agua de Andalucía).

Tipo de contaminante: el contaminante se caracteriza como conservativo, ya que

no se produce su degradación al entrar en contacto con el medio.

Caracterización del medio receptor:

El primer paso para caracterizar el medio receptor es realizar una esquematización del

mismo, es decir, se asimila la sección transversal real de la masa de agua a un canal

rectangular, limitado o no lateralmente (ver Anexo 1 “Guía de uso de CORMIX”). Para llevar

a cabo esta esquematización, CORMIX requiere los siguientes datos:

Límites: se considera la masa de agua como ilimitada, ya que la descarga se

encuentra próxima a la orilla y resulta improbable que la pluma del vertido alcance

la orilla opuesta.

Profundidad media del canal (HA): Se supone que esta profundidad es igual a la

del punto de vertido, al tratarse de descargas cercanas a la superficie.

Profundidad en el punto de vertido (HD): profundidad del agua en las

inmediaciones del punto de vertido en cada instante.

Estas profundidades (HA y HD) han sido medidas en las inmediaciones del punto de

vertido para el ciclo completo de mareas y durante los dos días de recogida de datos.



Tabla 11. Altura de la columna de agua en el punto de vertido para cada una de las

simulaciones realizadas.

Altura en el punto de

vertido

(m)

Clorpirifós 2,05

Cloroalcanos 2,05

Benzo(a)pireno 2,15

Otros datos:

Para caracterizar el medio receptor, se requieren además los siguientes datos:

Velocidad de la corriente: los datos de velocidad utilizados han sido los

proporcionados por el sistema Simpatico (ver apartado 4.3.3 del presente Proyecto

Fin de Carrera).

Tabla 12. Velocidad de la corriente para cada una de las simulaciones realizadas.

Velocidad de la

corriente (m/s)

Clorpirifós 0,298

Cloroalcanos 0,298

Benzo(a)pireno 0,359

Densidad del ambiente: ρa = 1.027 kg/m3.

Se toma la densidad del ambiente como la del agua de mar ya que, como se ha

comentado, el punto del estuario en el que se produce el vertido está fuertemente

influenciado por el agua de mar. La densidad se toma como uniforme, ya que

permanece constante con la profundidad.

Coeficiente de Manning: 0,025.

Constituye una medida de la rugosidad del medio. El canal en el que tiene lugar la

descarga cuenta con hierbas y piedras, con lo que se elige este valor (ver tabla 1.4

del Anexo 1).



Velocidad del viento: 5 m/s.

Características de la descarga:

Dentro de las opciones que ofrece el sistema CORMIX, se ha empleado el submodelo

CORMIX 1, ya que se trata de situaciones de descargas sumergidas a poca profundidad y que

están dentro de los límites de aplicabilidad de CORMIX 1.

Localización de la orilla más cercana: se determina desde el punto de vista de

un observador que mira aguas abajo en el sentido de la corriente. En el periodo de

flujo (la marea está subiendo), la orilla más cercana se encontrará a la derecha,

mientras que en el de reflujo (la marea está bajando), ésta se localizará a la

izquierda.

Distancia a la orilla más cercana (DISTB): se refiere a la distancia en cada

momento desde el emisario a la orilla más cercana. Esta distancia se ha estimado

teniendo en cuenta que en la pleamar es de unos 10 m.

Tabla 13. Valores de la distancia entre el emisario y la orilla más cercana.

Distancia a la orilla más

cercana (m)

Clorpirifós 9

Cloroalcanos 9

Benzo(a)pireno 10

Ángulo vertical: Ɵ = 0º.

Representa el ángulo vertical de inclinación del chorro con respecto al fondo de la

masa de agua. En el caso estudiado, el emisario se encuentra paralelo al fondo, por

lo que el ángulo formado es de 0º.

Ángulo horizontal: = 90º (período de flujo); = 270º (período de reflujo).

Representa el ángulo horizontal entre el chorro y la corriente, medido en sentido

contrario a las agujas del reloj desde la dirección de la corriente.



Figura 22. Representación mediante la herramienta CorSpy del dispositivo de

descarga para los puntos en los que la marea está bajando (periodo de reflujo).

Diámetro de la boquilla: D = 0,6 m.

Diámetro del emisario por el que se produce la descarga.

Altura de la boquilla con respecto al fondo: H0 = 0,7 m.

Esta altura está medida desde el centro de la boquilla hasta el fondo del estuario.

Zona de mezcla:

Es necesario especificar los siguientes límites para cada una de las sustancias

(clorpirifós, cloroalcanos y benzo(a)pireno):

NCA-MA: se refiere a la NCA-MA expresada como exceso de concentración, es

decir, el dato a introducir será la diferencia entre la NCA-MA y la concentración de

fondo para cada contaminante, tal y como se muestra en la siguiente tabla:



Tabla 14. Exceso de NCA-MA para cada una de las sustancias.

NCA-MA (μg/l) Concentración

de fondo (μg/l)

Exceso

NCA-MA (μg/l)

Clorpirifós 0,03 0,005 0,025

Cloroalcanos 0,4 0,25 0,15

Benzo(a)pireno 0,05 0,005 0,045

NCA-CMA: se refiere a la NCA-CMA expresada, al igual que en el caso anterior,

como el exceso con respecto al fondo.

Tabla 15. Exceso de NCA-CMA para cada una de las sustancias.

NCA-CMA

(μg/l)

Concentración

de fondo (μg/l)

Exceso

NCA-CMA

(μg/l)

Clorpirifós 0,1 0,005 0,095

Cloroalcanos 1,4 0,25 1,15

Benzo(a)pireno 0,1 0,005 0,095

Zona de mezcla regulatoria: en estos casos, no existe una zona de mezcla

regulatoria previa. Por tanto, se escoge la opción de zona de mezcla no

especificada.

Región de interés: 2.000 m.

Se refiere a la extensión de la región (desde el punto de vertido en dirección aguas

abajo) sobre la que el programa facilitará información.

Intervalos: 10-25.

El número de intervalos no afecta a la precisión de los resultados, sólo a la

cantidad de información que devuelve el programa.



b) Resultados.

Los resultados obtenidos tras realizar las simulaciones se presentan en la siguiente

tabla22

:

Tabla 16. Resultados de la simulación, extensión de la zona de mezcla NCA-CMA y

NCA-MA.

Longitud Zona

NCA-CMA

(m)

Longitud Zona

NCA-MA

(m)

Clorpirifós, 16/05/2011 0,69 37

Cloroalcanos, 16/05/2011 0 1,7

Benzo(a)pireno, 27/06/2011 0,67 1,5

A continuación se muestra una representación de la evolución de la concentración de

cada una de las sustancia con respecto a la distancia:

Figura 23. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para clorpirifós,

obtenida mediante la herramienta de visualización CorVue.

22 En el Anexo 4 se muestran los resultados obtenidos por CORMIX para estas simulaciones.



Figura 24. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para

cloroalcanos, obtenida mediante la herramienta de visualización CorVue.

Figura 25. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para benzo(a)pireno, obtenida mediante la herramienta de visualización CorVue.



La zona de mezcla de mayor extensión es la correspondiente al estudio del clorpirifós

(37 m hasta cumplir con NCA-MA), como era de esperar, ya que la concentración del

clorpirifós en el efluente supera la NCA-MA unas 7 veces, frente a las 3 veces en las que se

supera la NCA-MA para cloroalcanos y benzo(a)pireno. Para ninguno de los contaminantes se

ha obtenido una zona de mezcla superior a 40 m, valor muy inferior a Lu = Ld = 500 m. Por

tanto, a este nivel de evaluación, puede caracterizarse la zona de mezcla para el vertido de la

depuradora de Ayamonte como claramente admisibles, con lo que se puede proceder a la

designación de la zona de mezcla.

A pesar de que el resultado del estudio de la zona de mezcla para las tres sustancias ha

resultado ser admisible para este nivel de evaluación, se debe tener en cuenta que el punto de

vertido se encuentra en una zona con una fuerte influencia mareal. Además, debido

precisamente a esto, el emisario mediante el que se produce el vertido queda descubierto

durante gran parte del ciclo de mareas, con lo que la profundidad del agua en torno a este punto

es pequeña, no llegándose a alcanzar en ningún caso los 2,5 m de altura. En aguas con tan poca

profundidad resulta difícil alejarse de los límites de aplicabilidad de cualquiera de los

submodelos de CORMIX.

Además, se debe tener en cuenta que las predicciones de diluciones, concentraciones y

geometría de la pluma de CORMIX son fiables para la mayoría de los casos, pero no hay que

olvidar que tienen una precisión de +/-50% (desviación estándar).

Por estos motivos, se ha considerado de interés, realizar algunas simulaciones en

diferentes momentos del ciclo de marea para, una vez conocidos más detalles de la evolución de

la pluma del vertido, poder designar con mayor seguridad la zona de mezcla.

4.5.4- Nivel 3.

En los casos en los que, el alcance y variabilidad del exceso de concentración respecto al

valor fijado por las NCA, es tal que no es posible alcanzar el suficiente nivel de confianza sobre

la admisibilidad de la zona de mezcla una vez completado el nivel 2 de evaluación, resulta

necesario ampliar la evaluación para tener en cuenta, con mayor grado de detalle, los aspectos

específicos del caso. Por consiguiente, el paso al nivel 3 no implica la presunción de



“inadmisibilidad”, sino simplemente, que las circunstancias exigen un análisis más detallado

que el que proporcionan los métodos aplicados en los niveles 0 a 2.

El nivel 3 permite realizar un cálculo más detallado de las variaciones espaciales y

temporales del exceso de concentración por encima de las NCA. Las autoridades competentes

deben tener presente que la disponibilidad de datos adecuados de seguimiento y control de los

efluentes, resulta esencial para la verificación del modelo y para definir sus parámetros de

entrada.



Para este nivel se ha considerado de interés caracterizar la evolución de la pluma del

vertido en distintos puntos del ciclo de marea, tanto en pleamar como en bajamar. Los puntos

elegidos para realizar las simulaciones con CORMIX se señalan en los gráficos del ciclo de

mareas para los días 16 de mayo y 27 de junio de 2011 (Figura 27). En estos gráficos se

representa la altura de la columna de agua en las inmediaciones del punto de vertido y la

velocidad de la corriente en cada momento del ciclo de mareas.

Viene del nivel2

Adoptar las medidas oportunaspara reducir la extensión

de la zona de mezcla, o ir al nivel 4

Registrar y revisarperódicamente

¿Es inadmisibleuna o varias

de las zonas de mezcla?

Modelización específica del emplazamiento para determinar la

extensión de la zona de mezcla de todaslas sustancias relevantes

NoSí



Figura 27. Ciclos de mareas correspondientes a los días 16/05/2011 y 27/06/2011.

a) Preparación de los datos de entrada.

En este apartado se van a señalar sólo aquellos datos que difieren de los introducidos

para las simulaciones del nivel 2 de evaluación.

2,151

2,567

2,05

1,009

0,655

-0,298

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

9:30

10:1

5

11:0

0

11:4

5

12:3

0

13:1

5

14:0

0

14:4

5

15:3

0

16:1

5

17:0

0

17:4

5

18:3

0

19:1

5

20:0

0

20:4

5

21:3

0

Alt

ura

(m)

CICLO DE MAREAS 16/05/2011

altura

velocidad

1

1,768

1,198

0,624

0,359

-0,425

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

7:16

8:00

8:43

9:26

10:0

9

11:0

7

11:5

0

12:3

3

13:1

6

14:0

0

14:4

3

15:2

6

16:0

9

17:0

7

17:5

0

18:3

3

19:1

6

20:0

0

Vel

oci

dad

de

la c

orr

ien

te (m

/S)

Alt

ura

(m)

Tiempo (h)

CICLO DE MAREAS 27/06/2011

altura

velocidad



Profundidad de agua en el punto de vertido: ha sido medida en las

inmediaciones del punto de vertido para el ciclo completo de mareas y durante los

dos días de toma de muestras. Los datos para los puntos seleccionados se muestran

en las siguientes tablas:

Tabla 17. Profundidad del punto de vertido para cada una de las simulaciones.

16/05/2011:

HORA HA,HD (m)

14:00 2,15

15:30 2,57

17:00 2,15

27/06/2011:

HORA HA,HD (m)

10:24 1,00

13:45 2,15*

16:09 1,20

* El valor real es de 1.76 m. En este caso ha sido necesario aumentar en 30 cm la medida real

con el objeto de poder estudiar el comportamiento de la pluma en algún punto más, debido a que este día el coeficiente de marea era menor y el programa requiere de mayor altura para

poder simular en el caso de tubería sumergida (CORMIX 1). En los otros dos casos, las

condiciones de la descarga entran dentro de los límites de aplicabilidad del submodelo

CORMIX 3.

A continuación se describen los parámetros requeridos por CORMIX para tener en

cuenta el efecto producido por las mareas.

Periodo: es el tiempo que transcurre entre la pleamar y la bajamar. Normalmente

el periodo es de 12,4 horas.

Velocidad máxima (Umáx): esta velocidad se calcula como la media entre el

módulo de las dos velocidades máximas ocurridas en un periodo. Para cada uno de

los días en que se toman las muestras, las velocidades máximas obtenidas para los



ciclos de mareas descritos anteriormente (Figura 27) son las siguientes:

Tabla 18. Velocidades máximas para cada uno de los días de toma de muestras.

16/05/2011/ 27/06/2011

Velocidad

máxima (m/s) 1,099 0,659

Velocidad de la corriente en un instante determinado: la velocidad de la

corriente se ha obtenido mediante la información facilitada por el sistema

Simpatico.

Tabla 19. Velocidad de la corriente en cada instante para cada una de las simulaciones.

16/05/2011:

HORA v (m/s)

14:00 1,009

15:30 0,655

17:00 -0,298*

27/06/2011:

HORA v (m/s)

10:24 0,624

13:45 0,36

16:09 -0,425*

*Las velocidades negativas corresponden al periodo de reflujo.

Diferencia de tiempo antes/después del estado de calma: el estado de calma se

define como el momento en el que la velocidad de la corriente es nula. En

CORMIX es necesario introducir el incremento de tiempo entre el estado de calma

y el punto con el que se está trabajando. CORMIX permite introducir incrementos



de 5 horas antes y 5 horas después del estado de calma. Para cada periodo de

mareas, se tienen dos estados de calma, pudiendo utilizarse cualquiera de ellos

como referencia. En la siguiente tabla se indica las horas de los estados de calma

para cada uno de los días:

Tabla 20. Estados de calma (velocidad de corriente nula) en cada uno de los días para

los que se han realizado las simulaciones.

Estado de calma

bajamar

Estado de calma

pleamar

16/05/2011 10:30 16:30

27/06/2011 8:14 14:57

Distancia a la orilla más cercana: esta distancia es necesario especificarla para

aquellos casos en los que se ha empleado CORMIX 1 como submodelo para la

simulación.

Tabla 21. Distancia la orilla más cercana para cada una de las simulaciones.

16/05/2011:

HORA DISTB (m)

14:00 8

15:30 9

17:00 8

27/06/2011:

HORA v (m/s)

13:45 0,36

Para los casos en los que se ha simulado con CORMIX 3, ha sido necesaria la

introducción de los siguientes parámetros:



Ángulo horizontal: =90º.

Para descargas perpendiculares con respecto a la orilla, este ángulo es siempre de

90º. Asimismo, CORMIX 3 asume descarga paralela respecto del fondo.

Pendiente del medio receptor en las inmediaciones del punto de vertido: 5º.

Profundidad local de la descarga (HDO): esta profundidad se ha estimado

teniendo en cuenta que para poder realizar la simulación, el valor debe situarse entre

la profundidad del canal (HD) y la profundidad entre la superficie y el fondo de la

tubería (h0).

Tabla 22. Profundidad local de la descarga para los dos casos simulados mediante el

submodelo CORMIX 3.

27/06/2011:

HORA HD0 (m)

10:24 0,8

16:09 1

Profundidad desde la superficie del agua hasta la parte inferior de la tubería

(h0): se calcula teniendo en cuenta la profundidad de la descarga y la distancia

entre el fondo y la tubería.

Tabla 23. Distancia entre la superficie y el fondo de la tubería para los dos casos

simulados mediante CORMIX 3.

27/06/2011:

HORA h0 (m)

10:24 0,6

16:09 0,8

b) Resultados.

Para facilitar la presentación y comprensión de los resultados se les ha asignado a cada

uno de los casos simulados, la siguiente nomenclatura:



Tabla 24. Nomenclatura asignada a los distintos casos de simulación.

16/05/2011:

HORA Nomenclatura

14:00 Clorpirifós 1 y cloroalcanos 1



27/06/2011:

HORA Nomenclatura

10:24 Benzo(a)pireno 1



16/05/2011. Determinación de la zona de mezcla para clorpirifós y

cloroalcanos.

Los resultados de predicción obtenidos para clorpirifós y cloroalcanos son muy

similares, por lo que se va a analizar la evolución de los dos contaminantes en el medio

receptor de manera conjunta. Para los casos de clorpirifós 1 y 2 y cloroalcanos 1 y 2, la

clasificación de flujo que hace CORMIX es H1A1. Para este tipo de flujo la velocidad de la

corriente es alta y la distancia desde la salida del chorro hasta el fondo es muy pequeña, lo que

puede dar lugar a recirculaciones del flujo a la salida del conducto y a la adhesión al fondo. La

flotabilidad del flujo es positiva (la densidad del efluente es menor que la del agua del medio

receptor), con lo que la pluma empieza a ascender, acercándose a la superficie, donde la

concentración comienza a ser relativamente uniforme en todo el ancho y espesor de la pluma.

En el campo lejano, la pluma se extiende lateralmente a lo largo de toda la superficie y puede

ocurrir que entre en contacto con la orilla. De la misma manera, se extiende verticalmente,

pudiendo llegar a interactuar con el fondo.



Para las simulaciones clorpirifós 3 y cloroalcano 3, CORMIX clasifica el flujo como

clase H2. Este tipo de flujo se caracteriza por una configuración de la descarga

hidrodinámicamente estable, es decir, la fuerza de la descarga es escasa en relación con la

profundidad, con lo que la flotabilidad de la descarga tiene un menor papel en este caso. En el

campo cercano, la pluma se ve fuertemente desviada por la corriente, subiendo lentamente

hasta llegar a la superficie. La distribución de la concentración llega a ser relativamente

uniforme a lo largo de todo el ancho y espesor de la pluma. En el campo lejano, la pluma se

extiende lateralmente por la superficie, pudiendo llegar a interaccionar con la orilla, siendo la

mezcla relativamente pequeña en esta zona. A una cierta distancia, la pluma se extiende

verticalmente, llegando a tocar el fondo.

En todos los casos, por tanto, el comportamiento de la descarga en campo cercano está

dominado por su flotabilidad positiva, pero debido a la elevada velocidad de la corriente existe

la posibilidad de interacción con el fondo. En el caso de las simulaciones clorpirifós 1 y 2 y

cloroalcanos 1 y 2, debido a las altas concentraciones que se alcanzan en el fondo, es necesario

prestar especial atención al posible impacto bentónico23

que pueda tener lugar.

En las simulaciones clorpirifós y cloroalcanos 1 y 2 (período de flujo), es poco

probable que se produzca rearrastre de contaminantes, con lo que se podrían realizar las

simulaciones en condiciones estacionarias (con una velocidad constante del medio receptor) y

no se obtendrían diferencias con las obtenidas teniendo en cuenta el efecto de las mareas. Por

el contrario, para las simulaciones clorpirifós y cloroalcanos 3 puede producirse el rearraste de

contaminantes en el campo cercano después de la inversión de las mareas, aumentando por

tanto la concentración de contaminantes con respecto al estado estacionario.

Por su parte, el informe de predicción especifica que, para el clorpirifós 3, la

concentración cae por debajo de la NCA-CMA en el campo cercano, mientras que es en el

campo lejano donde aparece una concentración menor a la NCA-MA. En el resto de los casos se

cumple la normativa en el campo cercano.

En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos para el clorpirifós:

23 El sistema bentónico lo componen todos aquellos organismos que viven estrechamente ligados con el fondo

marino o en torno a él.



Tabla 25. Comparación de resultados para el clorpirifós.

CLORPIRIFÓS 1 CLORPIRIFÓS 2 CLORPIRIFÓS 3

Campo cercano

c = 0,0042 ppb

s = 51,4

x = 25,7 m

y = 0,14 m

z = 2,15 m

Distancia interacción con orilla = 1510 m

c = 0,0048 ppb

s = 44,5

x = 18 m

y = 0,26 m

z = 2,57 m

Distancia interacción con orilla = 141,5 m

c = 0,0361 ppb

s = 6

x = 2,23 m

y = -0,51 m

z = 2,15 m


Zona NCA-CMA

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 2,26

x = 0,5 m

y = 0,17 m

z = 0 m

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 2,26

x = 0,61 m

y = 0,26 m

z = 0 m

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 2,26

x = 0,69 m

y = -0,38 m

z = 1,23 m

Zona NCA-MA

NCA-MA = 0,025 ppb

s = 8,7 m

x = 1,39 m

y = 0,17 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,025 ppb

s = 8,6

x = 2,27 m

y = 0,26 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,025 ppb

s = 8,6

x = 37,37 m

y = -0,51 m

z = 2,5 m



La concentración cae más rápidamente para clorpirifós 1 que para clorpirifós 2. Esto se

debe a que el valor de la velocidad de la corriente es mayor, con lo que el contaminante no se

acumula en las inmediaciones del punto de vertido. En el caso de clorpirifós 3, al tratarse de una

simulación realizada en el periodo de reflujo, se produce un rearrastre de los contaminantes, por

lo que la concentración en el campo cercano es bastante mayor que para los otros dos casos.

En cuanto a la distancia a la que la pluma del vertido entra en contacto con la orilla,

puede observarse que, a menor velocidad de la corriente, menor es la distancia a la que ocurre

este fenómeno.

En lo que se refiere al cumplimiento de la normativa, para clorpirifós 1 y 2, se observa

que la dilución se mantiene constante, pero debido a la mayor concentración de contaminantes

en el caso del clorpirifós 2, las condiciones del clorpirifós 1 son mejores, es decir, se cumple la

normativa a una menor distancia del punto de vertido. En cuanto al clorpirifós 3, las

condiciones son mucho más desfavorables que para los casos anteriores, ya que se consigue una

concentración muy alta de contaminante en el campo cercano. Con respecto al cumplimiento de

la normativa, se observa que la NCA-CMA se cumple a una distancia similar a la de los otros

dos casos. Sin embargo, para el cumplimiento de la NCA-MA se requiere de una distancia

mucho mayor.

A continuación aparecen una serie de gráficas obtenidas mediante la herramienta de

visualización CorVue, en las que se muestra la evolución de la concentración con la distancia

para cada uno de los casos, así como la vista en planta de la pluma del vertido en la que puede

verse la distancia a la que se cumple las NCA.



Figura 28. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para clorpirifós 1.





Figura 31. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el clorpirifós 1 en la que se

muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.



Figura 32. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el clorpirifós 2 en la que se

muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.

Figura 33. Vista en planta de la pluma para el clorpirifós 3 en la que se muestra la distancia a la

que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.



Se ha representado la vista en planta en campo cercano en los dos primeros casos para

que pudiera apreciarse la distancia a la que se cumplen la NCA-CMA y NCA-MA (líneas

naranja y verde, respectivamente). Estas figuras muestran las diferencias existentes entre los

patrones de flujo de las tres simulaciones. Como ya se ha comentado en párrafos anteriores,

CORMIX otorga una misma clase de flujo en la simulaciones clorpirifós 1 y 2 (flujo H1A1) y

distinto para la simulación clorpirifós 3 (flujo H2).

Para los cloroalcanos, los resultados obtenidos son muy similares (ver tabla 26).



Tabla 26. Comparación de resultados para cloroalcanos.

CLOROALCANOS 1 CLOROALCANOS 2 CLOROALCANOS 3

Campo cercano

c = 0,0146 ppb

s = 51,4

x = 25,7 m

y = 0,17 m

z = 2,15 m


c = 0,0169 ppb

s = 44,5

x = 18,9 m

y = 0,26 m

z = 2,57 m


c = 0,126 ppb

s = 6

x = 2,23 m

y = -0,51 m

z = 2,15 m


Zona NCA-CMA

NCA-CMA = 1,15 ppb

s = 0,65

x = 0 m

y = 0 m

z = 0 m

NCA-CMA = 1,15 ppb

s = 0,65

x = 0 m

y = 0 m

z = 0 m

NCA-CMA = 1,15 ppb

s = 0,65

x = 0 m

y = 0 m

z = 0 m

Zona NCA-MA

NCA-MA = 0,155 ppb

s = 5,1 m

x = 0,90 m

y = 0,17 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,155 ppb

s = 5

x = 1,21 m

y = 0,26 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,155 ppb

s = 5

x = 1,76 m

y = -0,49 m

z = 2,15 m



Para las simulaciones de cloroalcanos 1 y 2, es aplicable todo lo que se ha comentado

anteriormente para los clorpirifós, por ejemplo, que la disminución de la velocidad al acercarse

a la pleamar (cloroalcanos 2), conlleva una menor dilución del contaminante de interés y, por

tanto, una mayor concentración de contaminante.

En cuanto a cloroalcanos 3, tanto la NCA-CMA como la NCA-MA se alcanzan a mayor

distancia que en 1 y 2, pero la diferencia es pequeña en comparación con los resultados para los

clorpirifós.

A la vista de las tablas 25 y 26 se observa que las condiciones de la pluma del vertido en

el campo cercano son idénticas. En cuanto a las NCA, el clorpirifós 3 requiere una mayor

distancia para cumplir la NCA-MA debido a que la norma es más restrictiva para este

contaminante.

Al igual que se hizo para los clorpirifós, a continuación se muestran una serie de

gráficas:

Figura 34. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para cloroalcanos 1.







Figura 37. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el cloroalcanos 1 en la que se muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.

Figura 38. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el cloroalcanos 2 en la que se muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.



Figura 39. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el cloroalcanos 3 en la que se muestra

la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.

La vista en planta de la evolución de las plumas muestra las diferencias existentes entre

los patrones de flujo de las tres simulaciones. Como ya se ha comentado en párrafos anteriores,

CORMIX otorga una misma clase de flujo en la simulaciones cloroalcanos 1 y 2 (flujo H1A1) y

distinto para la simulación cloroalcanos 3 (flujo H2).

27/06/2011. Determinación de la zona de mezcla para benzo(a)pireno.

Debido a la escasa profundidad del agua en las inmediaciones del punto de vertido

(marea menos intensa que la del día 16/05/2011), se han encontrado más dificultades a la hora

de salvar los límites de aplicabilidad de los distintos submodelos de CORMIX. Finalmente, ha

sido necesario aplicar los submodelos CORMIX 1 y CORMIX 3 para el estudio de la pluma del

vertido. Aparecen dos tipos de flujo en el análisis de benzo(a)pireno, para el benzo(a)pireno 1 y

3 (CORMIX 3), la clasificación del flujo es PL2. En este caso, el momento de la descarga es

muy débil, y la velocidad de la corriente baja, por lo que los procesos más importantes tendrán

lugar en el campo lejano. La pluma se extiende lateralmente a lo largo de la superficie y la

turbulencia del ambiente se convierte en el proceso de mezcla predominante.



Para el benzo(a)pireno 2 (CORMIX 1) el flujo se clasifica como clase H1A1, cuyas

características han sido explicadas para clorpirifos y cloroalcanos 1 y 2.

La flotabilidad de la pluma es positiva en todos los casos (la densidad del efluente es

menor que la del agua del medio receptor).

CORMIX no ofrece predicciones más allá de una cierta distancia a la que considera que

los resultados no serán fiables (cuando considera que el medio receptor se vuelve inestable a

consecuencia de los movimientos de las mareas).

Para el benzo(a)pireno 1 y 3 se produce en el campo cercano un rearrastre, después de la

inversión de las mareas con el consiguiente aumento de la concentración de contaminante, con

respecto al que habría en caso de que no existiese la influencia mareal. En cambio, para el

benzo(a)pireno 2 es poco probable que ocurra este fenómeno.

En la siguiente tabla aparecen los resultados obtenidos para cada uno de los casos:



Tabla 27. Comparación de resultados para el benzo(a)pireno.

BENZO(A)PIRENO 1 BENZO(A)PIRENO 2 BENZO(A)PIRENO 3

Campo cercano

c = 0,165 ppb

s = 1

x = 0,18 m

y = 0,26 m

z = 0 m

c = 0,0082 ppb

s = 20,1

x = 10,55 m

y = 0,47 m

z = 2,15 m


c = 0,235 ppb

s = 1

x = 0,18 m

y = -0,26 m

z = 0 m

Zona NCA-CMA

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 1,73

x = 12,85 m

y = 0 m

z = 0 m

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 1,74

x = 0,67 m

y = 0,47 m

z = 0 m

NCA-CMA = 0,095 ppb

s = 2,5

x = 36,28 m

y = 0 m

z = 0 m

Zona NCA-MA

NCA-MA = 0,045 ppb

s = 3,7 m

x = 32,99 m

y = 0 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,045 ppb

s = 3,7

x = 1,51 m

y = 0,47 m

z = 0 m

NCA-MA = 0,045 ppb

s = 5,2

x = 67,18 m

y = 0 m

z = 0 m



En este grupo de simulaciones para el benzo(a)pireno no puede establecerse una

comparación estricta de los resultados, ya que se han utilizado diferentes submodelos de

CORMIX. Para las simulaciones benzo(a)pireno 1 y 3, se ha empleado el submodelo

CORMIX 3 y para benzo(a)pireno 2, se ha usado CORMIX 1.

En los resultados se observa que la dilución para el benzo(a)pireno 2, que está más

cerca de la pleamar, es mayor que para el resto de los casos, lo que no guarda relación con

lo expuesto anteriormente para clorpirifós y cloroalcanos. Esto puede deberse a que en la

pleamar la tubería está cubierta completamente, con lo que, aunque la velocidad sea

menor, se dispone de mayor cantidad de agua, mientras que la descarga en los otros dos

casos es superficial.

Según la extensión de la zona de mezcla NCA-CMA y NCA-MA para estos tres

casos, existe una diferencia significativa de los resultados según el submodelo

implementado, siendo CORMIX 3 el que arroja los peores resultados. Es conveniente

destacar que el submodelo más adecuado para esta combinación de condiciones del

medio receptor y características del vertido estudiado es CORMIX 1. Al trabajar con

CORMIX 3 (benzo(a)pireno 1 y 3) el programa interpreta que se trata de un vertido

superficial ubicado justo en la orilla. En CORMIX 1 (benzo(a)pireno 2) sí que puede

establecerse la distancia entre la orilla y la descarga.


benzo(a)pireno 1 (CORMIX 3).



Figura 41. Representación de la concentración vs distancia aguas abajo para benzo(a)pireno 2 (CORMIX 1).


benzo(a)pireno 3 (CORMIX 3).



Figura 43. Vista en planta de la pluma para el benzo(a)pireno 1 en la que se muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.

Figura 44. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el benzo(a)pireno 2 en

la que se muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.



Figura 45. Vista en planta del campo cercano de la pluma para el benzo(a)pireno 3 en

la que se muestra la distancia a la que se cumple la NCA-MA y la NCA-CMA.

En los anexos 5 y 6 se recogen todos los archivos de resultados para todas las

simulaciones efectuadas en el nivel 3 de evaluación, así como todas las figuras obtenidas

mediante la herramienta de visualización CorVue.

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1-INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOSbibing.us.es/proyectos/abreproy/20281/fichero/3... · Introducción y objetivos Luz Marina Troya Pérez 3 en el que se presenta una metodología a seguir