ANÁLISIS DE LA CONTAMINACIÓN Y MODELAMIENTO DE PARÁMETROS FÍSICO

QUÍMICOS EN EL CURSO MEDIO-ALTO DEL RÍO PUYO

PROYECTO DE GRADO POR: Ing. Leo Rodríguez Badillo

DIRECCIÓN DE PROYECTO: Ing. Oliva Atiaga M. Sc.

OPONENTE: Ing. José Luis Carrera M. Sc.

2013

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOUNIDAD DE GESTIÓN DE POSTGRADOMAESTRÍA EN SISTEMAS DE GESTIÓN AMBIENTAL

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓNAntecedentes

El río Puyo es un cauce hídrico permanente, tributario de la margen izquierda del río Pastaza.

Alcanza una longitud de ap. 37 km Conforma una subcuenca que abarca aproximadamente

370 km2 En sus márgenes se asienta la ciudad de Puyo y otros

centros poblados cuyas descargas líquidas han deteriorado la aptitud del recurso.

El problema se ha incrementado debido a una rápida expansión urbanística y a la falta de adopción de medidas de tratamiento de las aguas residuales.

Por estos motivos, se justifica la realización de estudios que contribuyan al diagnóstico y caracterización de la problemática que faciliten el aprovechamiento racional del río.

INTRODUCCIÓNModelamiento de Calidad de Agua

El análisis y modelamiento de la calidad del agua en un medio receptor es una práctica de ingeniería ambiental muy común que contribuye al diseño de estrategias para la preservación de los recursos hídricos (PETRONI, 2000).

Uno de los primeros modelos desarrollados para predecir los efectos de la descarga de material orgánico biodegradable sobre el oxígeno disuelto de un río o corriente de agua fue el modelo matemático de Streeter-Phelps el cual ha dado origen además a algunos modelos derivados.

El modelo de Streeter-Phelps determina la evolución que sufre la materia orgánica biodegradable vertida en un punto de un río y la concentración de oxígeno disuelto que se deriva de ello.

OBJETIVOSObjetivo general

Realizar un análisis de la contaminación del agua en el curso medio-alto del Río Puyo (entre las poblaciones de Fátima y Unión Base, provincia de Pastaza) mediante el modelamiento de dos parámetros físico químicos

Objetivos específicos Identificar los principales afluentes que

incorporan materia orgánica contaminante al segmento

Determinar el caudal del Río Puyo en ocho puntos en cinco fechas distintas

Evaluar la calidad del agua en los mismos en base a dos parámetros físico-químicos

Realizar un modelamiento de la variación de la calidad de agua considerando el aporte de los afluentes identificados.

METODOLOGÍA

METODOLOGÍAEl proceso metodológico empleado para el desarrollo del proyecto comprendió cinco etapas:

a) Recopilación de información secundaria

b) Identificación del área de estudio y puntos de muestreo

c) Levantamiento de línea de base hidrológica.

d) Determinación de calidad de agua

e) Modelamiento de calidad de agua

METODOLOGÍA Revisión de información secundaria

Se recolectó información secundaria de la zona de estudio respecto a indicadores demográficos, urbanísticos y meteorológicos y socioeconómicos

Identificación del área de estudio yselección puntos de muestreo

• Identificación mediante observación directa, georeferenciación, registro fotográfico y registro cartográfico las principales descargas líquidas puntuales al curso del río.

• Tras la identificación y reconocimiento previo se seleccionaron 8 puntos de muestreo a lo largo del río y seis afluentes

• En cada punto se identificaron tramos uniformes, con flujo libre de agua y facilidades de acceso.

METODOLOGÍA • Se utilizaron técnicas manuales para la estimación de los caudales mediante la fórmula de Manning. Las actividades desarrolladas en esta etapa del estudio fueron:

• Caracterización del cauce del río: Se tomó información en campo respecto a variables como: ancho (m), longitud de la sección (m), profundidad (m) y la velocidad de flujo (m/s) y pendientes con la ayuda de cintas métricas , regletas y miras. Los datos permitieron el cálculo del área transversal (A), así como el área y el perímetro mojado.

Determinación de parámetros hidrológicos

• Con los datos obtenidos se procedió a calcular el caudal del rio mediante la ecuación:

Q= A*V

METODOLOGÍA

Determinación de calidad de agua

• Se determinó la calidad de agua a través de análisis físico-químicos de4 0 muestras combinadas, a razón de cinco muestras por punto y una muestra combinada para cada afluente .

• Las muestras obtenidas fueron enviadas para su análisis al Laboratorio de Aguas y Suelos del CESTTA de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo (ESPOCH), determinándose la temperatura, pH y concentración de Oxígeno Disuelto (OD) y de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), mediante las normas PEE/LAB-CESTTA/45 APHA 4500-O C y PEE/LAB-CESTTA/46 APHA 5210 B, respectivamente.

• Para la interpretación individual de los resultados se tomó en cuenta el Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria (TULAS, 2004), Libro VI de Calidad Ambiental, Anexo I (Calidad de Aguas), considerando criterios para uso recreacional, conservación de flora y fauna y uso humano

METODOLOGÍA

Modelamiento de calidad de agua

• Se utilizó el modelo matemático de Streeter-Phelps a partir de los datos de campo para los 8 puntos de muestreo y los afluentes respecto a los valores promedio de DBO5 y Oxígeno Disuelto.La ecuación de Streeter y Phelps que permite el desarrollo del modeloes la siguiente (DOMENECH y PERAL , 2006):

Donde:DO: Demanda de oxígenoDOO: Demanda de oxígeno inicialMD: Materia degradable (oxidable)Kre: Constante cinética de reaireaciónKox: Constante cinética de oxidación

Área de EstudioCurso medio-alto del Río Puyo (entre las poblaciones de Fátima y Unión Base) Provincia de Pastaza.

RESULTADOS

RESULTADOS

Ubicación de puntos de muestreo

RÍO PUYO

Punto Nº Denominación

Altitud** Recorrido en km**(m.s.n.m.)

Puntos de control en el Río Puyo1 Fátima 1003.0 0.02 Puente Las Américas 948.5 3.33 Paseo Turístico 930.4 7.0

4 Malecón (Barrio Obrero) 928.3 7.6

5 Estadio 925.5 9.76 Puente Vía Macas 923.5 12.07 Sandalias 895.2 15.18 Unión Base Bajo 885.1 15.8

RESULTADOS

Identificación de afluentes

Punto Nº Denominación

AltitudPosición

desembocadura

(km)(m.s.n.m.)

a1 Río Churoyacu 935 6.7a2 Río Pambay 929 7.2a3 Río Citayacu 927 7.9a4 Río Chilcayacu 924 11.6a5 Río Jatunyacu 924 11.9a6 Río Sandalias 896 15.0

RESULTADOSAspectos socioeconómicos y de vivienda

Hombres Mujeres0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

VeracruzFátimaPuyo

Género

Hab

itan

tes

POBLACIÓN

RESULTADOS

Dotación de agua en la vivienda

Puyo

Fátima

Veracruz Por tubería dentro de la vivienda

Por tubería fuera de la vivienda pero dentro del edificio, lote o terreno

Por tubería fuera del edi-ficio, lote o terreno

No recibe agua por tu-bería sino por otros me-dios

Aspectos socioeconómicos y de vivienda

RESULTADOS

Clima

Altitud media: 950 m.s.n.mTemperatura máxima: 31.0 °C Temperatura mínima: 8,6 °CTemperatura promedio: 20,3 °C. Humedad relativa: 89%. Heliofanía promedio: 23%.

RESULTADOSCaracterización Hidrológica

Punto N° Denominación Ancho

(m)

Prof.media

(m)

Área Mojada

(m2)

Velocidad media (m/s)

Velocidad media

(km/día)

Caudal (m3/s)

Puntos de control en el Río Puyo

1 Fátima 13.31 0.71 4.67 0.69 59.62 3.262 Puente Las Américas 12.66 0.71 5.33 0.70 60.48 3.773 Paseo Turístico 17.76 0.91 7.83 0.78 67.39 6.134 Malecón (B. Obrero) 18.00 0.76 7.50 1.17 101.09 8.925 Estadio 18.61 1.07 9.39 1.12 96.77 10.676 Puente Vía Macas 35.90 0.79 13.62 0.91 78.62 12.517 Sandalias 47.75 0.85 20.48 0.88 76.03 18.088 Unión Base 37.91 1.06 22.99 0.82 70.85 21.10

RESULTADOSCaracterización Hidrológica

Punto N° Denominación Ancho

(m)

Prof.media

(m)

Área Mojada

(m2)

Velocidad media (m/s)

Velocidad media

(km/día)

Caudal (m3/s)

Puntos de control en desembocaduras de afluentes

a1 Río Churoyacu 9.4 1.24 4.56 0.29 25.06 1.33a2 Río Pambay 11.7 0.92 7.00 0.30 25.92 2.10a3 Río Citayacu 6.87 1.27 5.74 0.15 12.96 0.86a4 Río Chilcayacu 13.4 1.14 3.60 0.46 39.74 1.65a5 Río Sandalias 18.8 1.05 10.11 0.48 41.47 4.82

RESULTADOS

Calidad de AguaValores medidos en campo

RESULTADOSCalidad de AguaConcentraciones Promedio

Punto N° Denominación

Recorrido Acumulado

(km)

Temperatura

(°C) pH OD(mg/L)

DBO5

(mg/L)

1 Fátima 0.0 19.37 6.94 7.01 2.682 P. Las Américas 3.3 19.55 6.98 6.90 3.003 Paseo Turístico 7.0 20.35 7.16 6.89 3.404 Malecón B. Obrero 7.6 19.88 7.06 6.82 3.045 Estadio 9.7 20.73 6.94 7.08 3.606 Puente Vía Macas 12.0 20.55 6.96 6.90 3.127 Sandalias 15.1 20.45 7.01 7.55 3.008 Unión Base Bajo 15.8 20.82 6.61 7.06 2.60

a1 Río Churoyacu 6.4 20.70 6.48 7.44 4.00a2 Río Pambay 7.2 19.80 6.40 5.79 2.50a3 Río Citayacu 7.9 22.80 6.68 1.00 19.00a4 Río Chilcayacu 11.4 20.40 6.70 7.92 3.00a5 Río Jatunyacu 11.8 21.40 6.72 7.28 4.00a6 Río Sandalias 14.9 20.30 6.82 8.57 3.00

RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5)

0 2 4 6 8 10 12 14 162.20

2.40

2.60

2.80

3.00

3.20

3.40

3.60

3.80

4.00

Recorrido (km)

DB

O5

(mg/

l

Fátima

Unión Base

Estadio

Paseo Turísti-co

SandaliasLas Améri-cas Obrero Vía Macas

RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo

Influencia de los afluentes en la DBO5 del río

0 2 4 6 8 10 12 14 162.00

20.00

Recorrido (km)

DB

O5

(m

g/l

)

Churoyacu

Pambay

Citayacu

Chilcayacu

JatunyacuSandalias

RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo

Oxígeno Disuelto (OD)

0 2 4 6 8 10 12 14 166.50

6.70

6.90

7.10

7.30

7.50

7.70

7.90

Recorrido (km)

OD

(m

g/l

Fátima

Unión Base

EstadioPaseo Turístico

Sandalias

Las Américas Obrero Vía Macas

RESULTADOSCalidad de AguaValores medidos en campo

Influencia de los afluentes en la concentración de OD del río

0 2 4 6 8 10 12 14 160.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

Recorrido (km)

OD

(m

g/l

)Churoyacu

Pambay

Citayacu

Chilcayacu

Jatunyacu

Sandalias

RESULTADOS

ModelamientoMateria Orgánica

Modelamiento

Materia Orgánica

Punto referencialX

(km)V

(km/día)

Co(C en el punto

anterior)

(mg/L)

C(mg/L)

k (Calculado)

2 Puente Las Américas 3.3 60.48 2.68 3.00 -2.063 Paseo Turístico 7.0 67.39 3.00 3.40 -2.27

4Malecón (Barrio Obrero) 7.6

101.09

3.40 3.04 18.29

5 Estadio 9.7 96.77 3.04 3.60 -7.946 Puente Vía Macas 12.0 78.62 3.60 3.12 4.967 Sandalias 15.1 76.03 3.12 3.00 0.968 Unión Base Bajo 15.8 70.85 3.00 2.60 13.29  k elegida:       0.96

1. Determinación de k (constante cinética)

Modelamiento

Materia Orgánica

Punto N°

Denominación

DBO5*

(promedio)

L**

(DBOU)

(mg/L) (mg/L)

Puntos en el Río Puyo1 Fátima 2.68 2.70

2P. Las Américas

3.00 3.03

3Paseo Turístico

3.40 3.43

4 Malecón 3.04 3.075 Estadio 3.60 3.63

6Puente Vía Macas

3.12 3.15

7Sandalias bajo

3.00 3.03

8Unión Base Bajo

2.60 2.62

Puntos en afluentes

a1Río Churoyacu

4.00 4.04

a2 Río Pambay 4.00 4.04a3 Río Citayacu 19.00 21.97

a4Río Chilcayacu

3.00 3.03

a5 Río Sandalias 3.00 3.03

II. Cálculo de DBOU

Modelamiento

Materia Orgánica

III. Desarrollo del modelo

Ecuación para Balance

Ecuación para Degradación

Modelamiento

Materia OrgánicaIII. Desarrollo del modelo

RESULTADOSModelamientoMateria Orgánica

Concentración modelada

-0.020.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.221.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Tiempo en Días

L (

DB

OU

)

Churoyacu, km. 6.4

Pambay, km 7.2

Citayacu, km 8.1

Sandalias, km 14.9

Chilcayacu, km 11.4

Fátima, km 0.0

Unión Base, km 15.8

RESULTADOSModelamientoMateria Orgánica

Concentración modelada versus concentración real

-0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.221.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

Concentración mode-lada

Concentración medida

Tiempo en Días

L (

DB

OU

)

Fátima, km 0.0

Unión Base, km 15.8

Obrero, km 6.6

Estadio, km 9.7

RESULTADOS

ModelamientoOxígeno Disuelto

RESULTADOSModelamientoOxígeno Disuelto

Concentración y déficit modelados

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

Concentración de Saturación (ODs)

Concentración modelada (C)

Déficit mode-lado (D)

Tiempo (Días)

OD

(m

g/L

)

RESULTADOSModelamientoOxígeno Disuelto

Resultados modelados vs. datos medidos

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22-2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

Concentración de Saturación (ODs)

Concentración modelada (C)

Concentración real (OD)

Déficit mode-lado (D)

Déficit Real (Do)

Tiempo (Días)

OD

(m

g/L

)

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

• Se identificaron seis afluentes principales en el tramo medio del río Puyo, de los cuales dos de ellos aportan materia orgánica de manera importante (Pambay y Citayacu) en caudales de 2.10 y 0.86 m3/s respectivamente.

• Se determinó el caudal en ocho puntos del tramo medio del río, observándose valores de entre 3.26 m3/s (Fátima) y 21.10 m3/s (Unión Base), a lo largo de 15.8 km de recorrido.

CONCLUSIONES

• En la evaluación de DBO5 se establecieron diferencias entre el tramo comprendido entre los km 1 y 6.7, con condiciones aceptables para el desarrollo de biota acuática y uso humano recreativo, y el tramo comprendido entre los km 6.7 y 15.8, donde existe alteración de las mismas.

• En la aplicación del modelo para materia orgánica a partir de estos datos, se infirió que a pesar del aporte de aguas residuales las condiciones del río hacen que su autodepuración sea parcialmente posible. La comparación entre el modelo realizado y los datos medidos confirman la tendencia.

CONCLUSIONES

• En la determinación de Oxígeno Disuelto se identificó una tendencia relativamente uniforme en la cual el parámetro se mantiene dentro de niveles aceptables para uso recreativo y conservación de flora y fauna.

• La aplicación del modelo para este parámetro confirma esta situación, destacando que la concentración y saturación de oxígeno no constituye un factor crítico en las condiciones de calidad de agua del río.

RECOMENDACIONES

Las autoridades seccionales deberían tomar en cuenta los resultados del presente estudio para la adopción de medidas de descontaminación del recurso hídrico, como:

• Diseño y construcción de sistemas de tratamiento para las descargas domésticas colectadas en sistemas municipales,

• Estrategias de ordenamiento territorial y regulación en el uso del suelo que faciliten la conducción de efluentes hacia dichos sistemas

RECOMENDACIONESEs conveniente llevar a cabo nuevas investigaciones respecto a la caracterización y modelación de otros parámetros de interés ambiental en las aguas del Río Puyo en el tramo estudiado, como DQO, coliformes fecales, fosfatos o nitratos.

De igual manera revestiría validez la caracterización y modelación de oxígeno disuelto y materia orgánica aguas arriba y aguas abajo del tramo estudiado, a fin de estudiar la dinámica de los contaminantes previa o posterior a la zona de influencia urbana.

Es igualmente recomendable comparar e integrar los resultados obtenidos en esta investigación estudios realizados en otros campos de conocimiento y aplicación relacionados con el Río Puyo

AGRADECIMIENTO

Universidad Estatal AmazónicaMunicipio de Pastaza

MUCHAS GRACIAS