ESTIMACIÓN DE LA CARGA DE CONTAMINANTES EN EL RÍO ATOYAC,

PUEBLA

Autor: Saúl Milán Valdés

Instituto Politécnico Nacional.

Puebla de Zaragoza, octubre de 2017

Área de Estudio. Cuenca del Alto Atoyac

Localización de las zonas de muestreo

• Determinación del gasto de los ríos Atoyac, Zahuapan ySan Francisco, Tlaxcala, Puebla en los sitios de muestreode calidad de agua y estaciones de monitorea en tiemporeal.

• El objeto de los estudios hidrométricos es determinar elgasto en la corriente del río para calcular la carga decontaminantes que se encuentran en los ríos estudiados.

• Se realizaron 7 campañas topográficas (sección pendiente)y cinco campañas de sección velocidad en el período deestiaje febrero-mayo.

Según la fórmula de Manning, la velocidad es:

𝑉 =1

𝑛𝑅ℎ

23𝑆12

Donde n es el número de Manning (adimensional obtenido de tablas)

S es la pendiente del tramo de cauce.

Y Rh es el radio hidráulico donde:

𝑅ℎ =𝐴ℎ

𝑃

Método Sección Pendiente

Retomando la ecuación del Gasto o Caudal

𝑄 = 𝑉𝐴

• Despejando V, se tiene:

𝑉 =𝑄

𝐴• Aplicando la Ecuación de Bernoulli en ambos extremos del tramo de

cauce seleccionado se tiene:

𝑍1 + 𝑌1 +𝑉12

2𝑔= 𝑍2 + 𝑌2 +

𝑉22

2𝑔

• Sustituyendo el valor de la velocidad a ésta ecuación:

𝑍1 + 𝑌1 +𝑄2

2𝑔𝐴12 = 𝑍2 + 𝑌2 +

𝑄2

2𝑔𝐴22

Si: ℎ𝑓 = 𝑍1 − 𝑍2 y

∆𝑌 = 𝑌2 − 𝑌1

y factorizando, se llega a la ecuación:

ℎ𝑓 = ∆𝑌 +𝑄2

2𝑔

1

𝐴12 −

1

𝐴22

Para tomar en cuenta las pérdidas locales conviene escribir la ecuación 3.11 en la forma:

ℎ𝑓 = ∆𝑌 +𝑄2

𝑏𝑔

1

𝐴12 −

1

𝐴22

Donde si A1>A2, b toma un valor de 2.

Si A1<A2, b toma un valor de 4.

Por otro lado se define como coeficiente de conducción media Kd a:

𝐾𝑑 = 𝐾𝑑1 ∗ 𝐾𝑑2Donde

𝐾𝑑𝑖 =𝐴𝑖𝑅𝐻𝑖

23

𝑛

i=1 para aguas arriba del tramo e i=2 para aguas abajo del tramo.

Entonces:

𝑉 =1

𝑛𝑅ℎ

2

3𝑆1

2

𝑄 =𝐴

𝑛𝑅ℎ

23𝑆12

Sustituyendo el valor de Kd

𝑄 = 𝐾𝑑𝑆12

𝑑𝑆 =𝑄2

𝐾𝑑2dS=hf/L

ℎ𝑓

𝐿=𝑄2

𝐾𝑑2

• Donde L es la longitud del tramo a estudiar.

• Entonces:𝑄2

𝐾𝑑2=∆𝑌

𝐿+𝑄2

𝐿𝑏𝑔

1

𝐴12 −

1

𝐴22

•

• Despejando el gasto (Q) se tiene:

𝑄 =𝑆

1𝐾𝑑2

−1𝑏𝑔𝐿

1𝐴12 −

1𝐴22

• Con esta ecuación es posible estimar el gasto de una avenida si conoce el tirante del agua, la rugosidad del tramo y la topografía del mismo.

• Si se multiplica el gasto diario por la carga de contaminante por metro cúbico, se obtiene la carga de contaminante por día.

Dy

Dx = L

A1

A2

P

𝑅ℎ =𝐴ℎ

𝑃

Ah

𝑅ℎ2 =𝐴ℎ2𝑃2

𝑅ℎ1 =𝐴ℎ1𝑃1

Radio Hidráulico Rh.

𝐾𝑑𝑖 =𝐴𝑖𝑅𝐻𝑖

23

𝑛

Coeficiente de Conducción Kdi

𝐾𝑑1 =𝐴1𝑅𝐻1

23

𝑛

𝐾𝑑2 =𝐴2𝑅𝐻2

23

𝑛

Coeficiente de Conducción medio Kd

𝐾𝑑 = 𝐾𝑑1 ∗ 𝐾𝑑2

S=Dy/L

g = 9.81 m/sb = si A1>A2, b toma un valor de 2.

Si A1<A2, b toma un valor de 4.L = Longitud entre las áreas hidráulicas

MÉTODO SECCIÓN PENDIENTE

𝑄 =𝑆

1𝐾𝑑2

−1𝑏𝑔𝐿

1𝐴12 −

1𝐴22

Ecoparque

Sección 0+000 989.29 Sección 0+020 Sección 0+040

Área ( ) 9.327 Área ( ) 14.844 Área ( ) 12.722

Perimetro (m) 28.775 Perimetro (m) 38.925 Perimetro (m) 35.242

Sección 0+060 Sección 0+080 Sección 0+100

Área ( ) 8.4 Área ( ) 9.618 Área ( ) 14.56

Perimetro (m) 38.135 Perimetro (m) 30.043 Perimetro (m) 43.374

Sección 0+120 Sección 0+132.93 989.42

Área ( ) 15.967 Área ( ) 18.408

Perimetro (m) 45.014 Perimetro (m) 49.676

b= 4 Para 1 n= 0.035 RH0.666= 0.471900439

l 132.93 Para 2 n= 0.035 RH0.666= 0.515943407 S0.5= 0.03127233

g= 9.81 k1 125.754726 A12 - A2

2= -251.861535

k2 271.35675 1/A12 - A2

2= -0.00397044

KD= 184.727891 1/KD2= 2.9305E-05

1/bgl 0.00019171

Q= 5.70327499 m3/seg

2

2

2

2 2

2

2 2

6.6 CASETA DE MONITOREO K08

ECOPARQUE RIO ATOYAC

Planta Topográfica

Clave Punto de aforo

E. Coli SS(UFC/ml)

ShigellaSS(UFC/ml)

SalmonellaSS (UFC/ml)

E. Coli EMB(UFC/ml)

Enter_EMB(UFC/ml)

CAN_EMB(UFC/ml)

KLEB(UFC/ml)

HONG(UFC/ml)

PROTEUS(UFC/ml)

CZ-17Zahuapan confluencia 1.58E+06 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 7.94E+06 5.01E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CA-23 Atoyac confluencia 5.01E+02 5.01E+02 4.73E+00 6.31E+04 2.45E+04 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00CA-10 Xotla 5.01E+05 5.01E+05 0.00E+00 1.00E+06 1.00E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CAZ-20

Atoyac aguas debajo de confuencia 1.26E+05 0.00E+00 0.00E+00 1.26E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CZ-66Zahuapan Planta de tratamiento 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 1.32E+05 5.01E+04 0.00E+00 5.62E+01 1.00E+00 0.00E+00

CAZ-33Cúmulo de Virgo -Las Ranas 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 2.66E+01 8.32E+06 0.00E+00 1.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CAZ-27 HA Barranca Honda. 2.51E+06 5.01E+02 5.01E+02 3.98E+06 3.16E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00CAZ-27 HB Barranca Honda. 9.98E+05 1.61E+04 5.01E+02 2.04E+06 1.58E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00CAZ-39 Echeverría. 1.26E+05 5.01E+02 5.01E+02 3.16E+06 1.26E+06 2.66E+01 1.48E+07 0.00E+00 0.00E+00CZ67 Zahuapan-Xaltocan 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 0.00E+00 2.00E+05 1.00E+00 0.00E+00CAZ27HA Barranca Honda. 2.51E+06 5.01E+02 5.01E+02 3.98E+06 3.16E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CSFAZ-79-1Descarga sn fco 3 tubos 1.83E+04 5.01E+02 5.01E+02 4.29E+05 5.00E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CSFAZ79-2Descarga sn fco 1 tubos 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 5.01E+02 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

CA6 Quetzalcoatl 7.94E+05 5.01E+05 5.01E+02 1.26E+06 1.26E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00CAZ27 SOAPAP 1.00E+06 1.74E+06 5.01E+02 5.01E+06 2.00E+07 0.00E+00 7.94E+06 0.00E+00 0.00E+00CAZ30 wallmart 5.01E+05 5.01E+02 5.01E+02 6.31E+05 1.26E+06 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Clave Punto de aforo NO2 mg/l NO3mg/l PO4 mg/l NT mg/l PT mg/lCZ-17 Zahuapan confluencia 0.004 0.004 1.343 2.228 1.348CA-23 Atoyac confluencia 0.002 0.001 1.108 1.985 1.078CA-10 Xotla 0.002 0.000 0.911 2.028 0.918

CAZ-20Atoyac aguas debajo de confuencia 0.003 0.005 1.069 2.200 1.079

CZ-66Zahuapan Planta de tratamiento 0.004 0.001 1.151 2.298 1.166

CAZ-33Cúmulo de Virgo - Las Ranas 0.004 0.003 0.837 2.178 0.967

CAZ-27 HA Barranca Honda.CAZ-27 HB Barranca Honda. 0.004 0.001 1.100 2.209 1.108

CAZ-39 Echeverría. 0.004 0.001 1.363 2.214 1.441

CZ67 Zahuapan-Xaltocan 0.154 0.064 1.004 2.355 1.033

CAZ27HA Barranca Honda. 0.004 0.006 1.056 2.150 1.087CSFAZ-79-1 Descarga sn fco 3 tubos 0.003 0.002 1.060 2.103 1.061CSFAZ79-2 Descarga sn fco 1 tubos 0.002 0.002 0.766 2.193 0.798CA6 Quetzalcoatl 0.004 0.001 0.841 2.175 1.076CAZ27 SOAPAP 0.003 0.000 1.053 2.392 1.067

CAZ30 wallmart 0.003 0.005 1.135 1.947 1.146

Seccion Velocidad. Punto de aforoDQO

(kg/dia) DBO (kg/dia) SST (kg/dia) SDT (kg/dia)

CZ-17 Zahuapan confluencia 46433.088 15248.736 5495.04 73633.536

CA-23 Atoyac confluencia 17762.976 5920.992 2306.88 45676.224

CA-10 Xotla 1673.6544 811.4688 811.4688 44022.1824

CAZ-20Atoyac aguas debajo de

confuencia 40711.68 21212.928 6856.704 119135.232

CZ-66Zahuapan Planta de

tratamiento 15396.48 6438.528 4758.912 74742.912

CAZ-33Cúmulo de Virgo - Las

Ranas 69755.04 22865.76 12735.36 287124.48

CAZ-27 HB Barranca Honda. * * * *

CAZ-27 HA Barranca Honda. * * * *

CAZ-39 Echeverría. 1692057.6 616550.4 552960 1902182.4

CZ67 Zahuapan-Xaltocan 1604.46528 871.992 488.31552 13184.51904

CAZ-27HA Barranca Honda. 8239.18522 2976.96384 525.34656 6409.228032

CSFAZ-79-1 Descarga sn fco 3 tubos 8811.68026 2691.09043 3084.908544 15161.99731

CSFAZ79-2 Descarga sn fco 1 tubos 843.519744 281.173248 414.360576 14502.62016

Seccion pendiente. Punto de aforoE. Coli SS (UFC/dia)

Shigella SS

(UFC/dia)Salmonella SS

(UFC/dia)E. Coli EMB (UFC/dia)

Enter_ EMB (UFC/dia)

CAN_EMB (UFC/dia)

KLEB (UFC/dia)

HONG (UFC/dia)

CZ-17Zahuapan

confluencia1.9171E+

176.0624E+

13 6.06236E+13 6.06236E+13 9.60819E+17 6.06236E+13 0 0

CA-23 Atoyac confluencia2.9013E+

132.9013E+

13 2.73898E+11 3.65249E+15 1.42098E+15 0 0 0

CA-10 Xotla * * * * * * * *

CAZ-20Atoyac aguas debajo

de confuencia2.2516E+

16 0 0 2.25156E+17 0 0 0 0

CZ-66Zahuapan Planta de

tratamiento * * * * * * * *

CAZ-33Cúmulo de Virgo - Las

Ranas2.4682E+

142.4682E+

14 2.46825E+14 1.31035E+13 4.09627E+18 0 5.0274E+12 0

CAZ-27 HB Barranca Honda.6.7929E+

171.3554E+

14 1.35537E+14 1.07661E+18 8.55181E+17 0 0 0

CAZ-27 HA Barranca Honda.2.6986E+

174.3437E+

15 1.35537E+14 5.50843E+17 4.27591E+17 0 0 0

CAZ-39 Echeverría.2.4909E+

179.9163E+

14 9.91629E+14 6.25676E+18 2.49086E+18 5.2644E+13 2.9265E+19 0

CA6 Quetzalcoatl4.9894E+

163.1481E+

16 3.1481E+13 7.90766E+16 7.90766E+16 0 0 0

CAZ27 SOAPAP7.0157E+

171.2192E+

18 3.51617E+14 3.51617E+18 1.39981E+19 0 5.57275E+18 0

CAZ30 wallmart3.7154E+

173.7154E+

14 3.71536E+14 4.67736E+17 9.33257E+17 0 0 0

CONCLUSIONES

• El Río Atoyac recibe compuestos de origen natural y antropogénico entre sunacimiento y la llegada a la presa Manuel Ávila Camacho (Valsequillo). A partir delos estudios de los componentes sedimentarios que caracterizan el lecho del río,podemos diferenciar las diferentes fuentes de origen; así como el papel que juegala componente sedimentológica en la identificación de zonas de susceptibilidadambiental, de generación, tránsito y depósito de contaminantes.

• Los estudios realizados en el Río Atoyac, nos pueden ayudar a precisar las zonasmás susceptibles de generación de contaminantes.

• Un río bien instrumentado permitirá identificar fuentes de procedencia decontaminantes, identificando los procesos asociados.

• Toda la información recolectada, servirá para implementar políticas publicas devertidos y colocación de plantas de tratamiento en puntos clave con el fin demejorar el ambiente hídrico superficial y subterráneo.