Proyecciones 291u5t

Proyecciones Las proyecciones son herramientas que nos permiten calcular resultados futuros, en el caso de la contaminación del agua existen estudios que nos ayudan a visualizar lo que nos espera en los siguientes años. En la presente actividad buscarás una proyección sobre la contaminación del agua en México, además de que te apoyarás del tema que revisaste en la Unidad 1, “Optimización de recursos naturales”, para realizarla. ¿Qué producto entregarás? Un documento en procesador de textos en el que presentes y expliques una proyección para los siguientes años sobre la contaminación del agua en nuestro país, en específico para el problema que trabajaste en la actividad integradora uno. ¿Qué hacer? 1. Retoma el problema de contaminación del agua. De la actividad integradora 1. Contaminación química de un cuerpo de agua”, retoma el problema planteado y prepárate para realizar una investigación más amplia. 2. Investiga sobre el uso de modelos matemáticos para resolver problemas de contaminación del agua. Guíate respondiendo las siguientes preguntas: a. ¿Qué son y para qué sirven los modelos matemáticos en los problemas relacionados con la contaminación del agua? *Los modelos matemáticos tratan de representar la realidad física de un sistema que promueve el progreso y la comprensión conceptual del mismo, facilitando la aplicación de diferentes herramientas y esquemas matemáticos, permitiendo entender el comportamiento de dicho sistema en estudio. Un modelo matemático, en este caso. se utiliza para simular las condiciones ambientales y su respuesta ante estímulos o impactos determinados. Se componen de ecuaciones y proposiciones que intentan representar as relaciones entre variables y parámetros de un cuerpo de agua, con el objetivo de estudiar el comportamiento de sistemas complejos en

situaciones difíciles de observar en la realidad. b. ¿Qué factores son los que hay que tomar en cuenta para elegir un modelo matemático que te ayude a resolver el problema de contaminación del agua? Calidad del agua que se desea mejorar. Características del cuerpo del agua.  Disponibilidad de datos observados, históricos y actuales sobre la calidad del agua y sobre las descargas de aguas residuales.  Riesgos para la salud pública y el ambiente.  Gama disponible de opciones y estrategias.  Tiempo y recursos financieros disponibles.  

c. ¿Qué tipos de modelos hay que se apliquen al estudio de la calidad del agua? Señala sus diferencias y su uso específico. Con el fin de evaluar el manejo de la calidad del agua, pueden emplearse modelos matemáticos que relacionen las entradas de aguas residuales con la calidad del agua del cuerpo receptor. Los diversos grados de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos, los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos, los sistemas de tratamiento, la reubicación de los puntos de descarga de aguas residuales, el aumento de los flujos mínimos, los sistemas de tratamiento regional vs. Plantas múltiples, constituyen algunas de las alternativas específicas cuya influencia sobre la calidad del agua receptora pueden evaluarse mediante la aplicación de los modelos de calidad del agua. Los modelos pueden ayudar también a evaluar el beneficio relativo que se obtiene para la calidad del agua mediante la eliminación de diferentes competentes de los contaminantes. Los modelos matemáticos de calidad de agua se pueden clasificar de acuerdo con sus niveles de complejidad. Se presenta a continuación una descripción de los tipos de modelos específicos disponibles: 1) Análisis simplificado En algunas situaciones es justificable realizar una aproximación de "primera prueba" de las respuestas del sistema, ya sea porque el contexto del problema es tal, que lleva a descartar un modelo que requiere un gasto excesivo de tiempo y costo, o porque se desea llevar a cabo análisis preliminares o de sondeo que indicarían las áreas en donde se requiere un trabajo más detallado. Frecuentemente, mediante un

análisis simplificado se satisfacen los requerimientos de la planificación interina. Las hipótesis que dan lugar a este enfoque simplificado de modelo de ríos y estuarios son las siguientes: a. Análisis unidimensional. b. Condiciones de estado permanente; v. g., se considera que todos los parámetros del sistema y fuentes, son constantes en el tiempo. c. Parámetros del sistema espacial constantes; v.g., se considera que el flujo neto, los coeficientes de reacción, la geometría del sistema, y los coeficientes de dispersión, son constantes con la distancia a lo largo del cuerpo de agua. d. Sólo se incluyen descargas de aguas residuales puntuales. El principio de la superposición permite el análisis de fuentes múltiples de aguas residuales. e. Las incertidumbres obtenidas en el análisis de varios componentes son incorporadas hasta cierto punto como una calidad natural, o condición de base; v. g., escorrentía natural, tasas de consumo béntico, respiración y fotosíntesis de las algas, etc. Los parámetros de calidad del agua que pueden evaluarse mediante este tipo de análisis comprenden algunos sólidos disueltos, organismos coliformes, nutrientes, oxidación de compuestos carbonáceos y nitrogenados, y oxígeno disuelto. El análisis está estructurado de tal manera que es factible realizar cálculos sobre la calidad del agua con sólo tener conocimiento de las poblaciones actuales y futuras, del área de drenaje y de la profundidad del agua (para los estuarios también se requieren datos del área de la sección transversal). Sin embargo, el grado de validez de los cálculos es proporcional a la extensión de los datos de entrada. 2) Análisis de cinética lineal y estado permanente Es posible analizar una gran variedad de problemas de planificación mediante la aplicación de modelos matemáticos de estado permanente, capaces de proporcionar el detalle espacial necesario para variables importantes de la calidad del agua bajo condiciones críticas. El intervalo de tiempo necesario para establecer condiciones de estado permanente varía de acuerdo con la naturaleza del sistema, lo cual incluye parámetros de reacción, dispersión y advección. Desde el punto de vista hidrológico, un arroyo de agua dulce, la condición constante puede establecerse rápidamente y de igual forma desbaratarse con facilidad,

mientras que en un estuario es necesario un período más largo de tiempo debido a la presencia de la dispersión. En el primer caso, el intervalo puede ser de horas o días, mientras que en el segundo de semanas o meses. Muchas reacciones de naturaleza física, química o biológica que ocurren en aguas naturales pueden ser representadas por cinéticas de primer orden; v. g., la tasa de reacción es proporcional a la concentración de la sustancia. Este orden cinético constituye una aproximación práctica a muchas reacciones, que ha demostrando ser adecuada para el análisis de un gran número de componentes existentes en aguas naturales. 3) Análisis de sustancias conservativas variables en el tiempo Existen dos marcos básicos de tiempo en los cuales se puede aplicar un análisis de sustancias conservativas variables en el tiempo. El primero se ocupa de las tendencias a largo plazo, de las sustancias que son conservativas, como los sólidos disueltos totales (SDT), o de aquellas sustancias que cambian a tasas tan lentas que pueden ser consideradas como conservativas. Este análisis emplea una gran escala geométrica junto con un balance hídrico anual. Los insumos necesarios incluyen las cargas regionales geometría del área de interés. El segundo marco en el cual puede aplicarse este tipo de análisis es en la evaluación de las descargas instantáneas de tinte con el fin de determinar las características hidráulicas de un cuerpo de agua. El marco de tiempo puede variar de horas a semanas. Se encuentran disponibles tanto los modelos de diferencias finitas como analíticas de una, dos o tres dimensiones para el análisis de descargas instantáneas de tinte. Se requiere conocimiento de la geometría del área. El tamaño y complejidad del cuerpo de agua dicta la extensión del programa de muestreo de campo. Este análisis resulta en estimados del tiempo de retención y coeficientes de dispersión del cuerpo de agua, los cuales se pueden utilizar en los modelos matemáticos de calidad de agua para los parámetros de interés. 4) Análisis cinético lineal variable en el tiempo En algunos contextos de planificación es necesario realizar la evaluación de las variaciones en la calidad del agua variables en el tiempo. La escala de tiempo en la que estas variaciones se consideran importantes, varía considerablemente y depende del propósito del análisis, de la naturaleza de los fenómenos y del orden de las variaciones temporales. Los parámetros de calidad del agua que pueden evaluarse con este método incluyen los organismos coliformes, los nutrientes, la oxidación de compuestos carbonáceros y nitrogenados, el oxígeno disuelto estacional y de las fuentes dispersas de desechos estacionales

constituyen ejemplos de los tipos de problemas a los cuales puede aplicarse este tipo de análisis. Es posible llevar a cabo también un análisis simple de eutroficación. El modelo matemático a aplicarse normalmente utiliza el enfoque de diferencias finitas. Las ecuaciones diferenciales resultantes en el tiempo se resuelven numéricamente aplicando el esquema de integración. El modelo es multidimensional y como tal puede aplicarse a cualquier cuerpo de agua. La verificación se lleva a cabo mediante comparaciones espaciales de datos observados y calculados obtenidos secuencialmente como: t = 0, t = 2, … t = n. Es imprescindible que se utilicen los datos tomados durante una condición no constante. 5) Análisis cinético no lineal variable en el tiempo Generalmente es necesario aplicar un análisis cinético no lineal variable en el tiempo para realizar una evaluación detallada de los problemas de eutroficación. Este tipo de análisis representa la tecnología más avanzada que se encuentra disponible en el modelaje de calidad del agua. Se precisa de las relaciones cinéticas no lineales debido a las complejas relaciones mutuas existentes entre las algas, los nutrientes, el zooplancton y los fenómenos físicos como la luz solar, etc. En vista de las muchas incertidumbres relacionadas con el fenómeno de la eutroficación, es preciso realizar un análisis de verificación detallada antes de utilizar con propiedad este tipo de análisis como una herramienta de planificación. Será necesario disponer entonces de una gran cantidad de datos que cubran una amplia gama de parámetros en la calidad del agua, así como de datos físicos tales como la luz solar, la turbiedad, entre otros, que podrían afectar el crecimiento de las algas y que serían utilizados como entradas al modelo. Sería necesario realizar también una evaluación rigurosa de la variación de las descargas de desechos líquidos tanto para las fuentes puntuales como para las dispersas. Este tipo de análisis requiere de un compromiso sustancial de recursos tanto en tiempo como en costo. Los modelos matemáticos de calidad de agua sirven como herramientas imprescindibles en el planeamiento del uso de recursos hídricos para prever el impacto de planes de ingeniería para el control y manejo del medio ambiente. La selección del tipo de modelo matemático a aplicarse depende del problema de calidad de agua y de las inversiones propuestas.

Se destaca la importancia de establecer una base confiable de datos tanto de la calidad de agua del cuerpo de agua receptor como de las fuentes contaminantes para el procedimiento de calibración y verificación de modelos más complejos. Aunque las inversiones asociadas con tales campañas de muestreo pueden ser sustanciales resultan ser mínimas en comparación con los riesgos ambientales y costos de la construcción de las instalaciones físicas de tratamiento. 





Modelos unidimensionales: Se utilizan para representar flujos de aguas en ríos, siendo la dirección considerada el sentido del escurrimiento. Modelos bidimensionales: Se utilizan para ríos de gran ancho, en los cuales las concentraciones de contaminantes varían de un lado de la ribera al otro. Modelos tridimensionales: Encuentran aplicación en estudios de aguas subterráneas y en sistemas más complejos de aguas superficiales.

Y pueden ser: -

Dinámicos De estado estacionario

3. De los diferentes tipos de investigaste escoge dos ejemplos.

modelos

matemáticos

que

El estudio del análisis simplificado es importante, ya que sería un primer acercamiento para saber la calidad de agua, cómo ha ido variando y cuáles son las posibles soluciones a darle al problema en cuestión, este estudio incluye un modelo unidimensional. Este estudio fue utilizado según la   publicación,   "Modelación   matemática   simplificada   de   la   calidad   del   agua", elaborada por la firma Hydroscience para la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos emplea este enfoque del análisis simplificado y fue utilizado por la EPA con el fin de asesorar y facilitar la planificación interna en ese país USA. Otro ejemplo es: MULTI­SMP. Modelo matemático de calidad de agua estado permanente unidimensional para oxígeno disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada y toxicidad amoniacal en ríos. Este modelo es fácil de usar. permite interacción con el  y tiene capacidad gráfica. El análisis cinético lineal variable en el tiempo, este segundo ya que se puede aplicar en cualquier tipo de agua, es un modelo multidimensional y no requiere de una inversión considerable como en otros estudios, pero es mucho más riguroso que un análisis simplificado. Como ejemplo tenemos: SPAM. Modelo matemático de calidad de agua de estado permanente, segmentos finitos y multidimensional para oxígeno

disuelto, DBO carbonácea y nitrogenada, coliformes y análisis simplificados de sustancias tóxicas conservativas y no conservativas en aguas superficiales. 4. Apoyándote de los temas revisados en la Unidad 1 y de la información que haz recopilado analiza y explica cuál de los modelos matemáticos que investigaste sirve para tu tema en específico. Incluye un argumento central y dos secundarios. El modelo multidimensional es mucho más completo, se obtiene resultados mucho más precisos aunque requiere de mayor información y diversos periodos de tiempo de recopilación de dato, sin embargo, sirve para cualquier tipo de agua, y sobre todo aguas superficiales como en el caso del agua de los canales de Xochimilco y es utilizado en estudios formales de calidad del agua. Además este tipo de estudios son utilizados por la Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología. 5. A manera de conclusión, responde a la siguiente pregunta: ¿Qué proyecciones se pueden obtener del modelo que escogiste? La proyección más importante que se puede obtener a partir del modelo multidimensional es la proyección en la toxicidad de la calidad del agua, lo cual es de suma importancia en la prevención de salud en nuestro entorno ecológico.

Nota: Recuerda incluir en tu explicación cómo los modelos matemáticos influyen en el deterioro o mejora de los recursos naturales, y de qué dependen, en específico en tu caso. http://www.bvsde.paho.org/eswww/proyecto/repidisc/publica/hdt/hdt021. html chromeextension://ecnphlgnajanjnkcmbpancdjoidceilk/content/web/viewer.html? file=http%3A%2F%2Fwww.ptolomeo.unam.mx%3A8080%2Fxmlui %2Fbitstream%2Fhandle%2F132.248.52.100%2F3153%2FTesis.pdf %3Fsequence%3D1

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S200724222012000100003