Modelo de calidad del agua de factores de asimilación:

Modelo de factores de asimilación

El modelo MCAES realiza la modelación de la calidad del agua aplicando el concepto de factores de asimilación propuesto por Chapra (2008). Este se puede entender como la capacidad de la corriente de asimilar un contaminante, la cual está relacionada con procesos físicos, químicos y biológicos que actúan sobre la sustancia contaminante. Existen tres procesos mediante los cuales se puede dar la asimilación:

1. Dilución: asociado son la magnitud del caudal del cuerpo receptor. Así, un río con caudal alto puede diluir la concentración de un contaminante proveniente de un afluente.


2. Transporte: definido por el fenómeno de dispersión longitudinal, el cual tiene dos mecanismos: la advección diferencial y difusión turbulenta.


3. Decaimiento: relacionado por procesos físicos, químicos y biológicos que dependerán de las características del contaminante y del cuerpo receptor.

A partir de estos conceptos se define el factor de asimilación (a), que depende de la carga contaminante (W) y la concentración aguas abajo (C):

El modelo determina este factor considerando el modelo de calidad de agua ADZ-QUASAR de Lees at al (1998). El modelo de Zona Muerta Agregada (ADZ – Agregatted Dead Zone) (Beer and Young, 1983) considera el almacenamiento en zonas muertas como principal causa de dispersión. La advección se modela mediante un coeficiente de retraso asociado a un canal lineal. La ecuación general de este modelo tiene en cuenta el tiempo medio de viaje ( ), la concentración aguas arriba (  ) y el tiempo de retraso advectivo ( ). A partir de esta, se construyó una ecuación para cada determinante considerando una condición de estado estable.

El anterior, opera a nivel de red topológica bajo un esquema de acumulación recursiva para asimilar entradas de cargas puntuales y difusas de los diferentes determinantes de calidad del agua. Para esto, las microcuencas se transforman en grafos, donde cada UHA está representada por dos nodos y un arco. Así, es posible determinar conexiones y realizar un cálculo acumulativo de las variables aguas abajo.

Para la configuración del modelo, se tienen los siguientes pasos:

1. Asignación de características físicas del río: se asignan a partir de los modelos hidrológicos y de sedimentos realizados.


2. Determinación de cargas: se utiliza información de diferentes estudios e instituciones de los siguientes sectores productivos para estimar sus cargas presuntivas: Sector agrícola, sector pecuario, sector doméstico, sector de hidrocarburos y sector minero.


3. Parametrización: corresponden a parámetros como tasas de decaimiento y reacción, velocidades de reacción, entre otras, a partir de la literatura.


4. Asignación de cargas: Para cargas difusas, se utiliza el indicador de conectividad sugerido en el modelo Nutrient Delivery Ratio (Natural Capital Project, 2022)

Determinantes de la calidad del agua

Es necesario entender cómo cambia la composición del agua de acuerdo con las actividades que puedan estar presentes en la cuenca. Para esto, se analizan 14 determinantes de la calidad del agua, a saber:

• Temperatura (T ): está relacionada con la cantidad de energía disponible en un sistema. También, es un parámetro fundamental para la biodiversidad ya que varios procesos bilógicos y ecológicos dependen de esta.


• Conductividad (Co): está relacionado con la capacidad de conducir corriente eléctrica, lo cual es un indicador de sales diluidas en el agua.


• Nitrógeno orgánico (NO ): es el nitrógeno asociado a compuestos orgánicos como proteínas, aminoácidos, entre otros.


• Nitrógeno Amoniacal (NH4 ): es el resultado de la amonificación del nitrógeno orgánico. Esta forma del nitrógeno es la asimilable por las plantas.


• Fósforo orgánico (Po ): es el nitrógeno asociado a compuestos orgánicos como proteínas y el ADN.


• Fósforo Inorgánico (Pi): es el resultado de la hidrólisis del fósforo orgánico. Esta forma del nitrógeno es la asimilable por las plantas.


• Materia orgánica (DBOc): son compuestos orgánicos que vienen de restos de organismos vivos. Se mide de forma indirecta mediante la demanda biológica de oxígeno (DBO). Esta puede ser de reacción rápida o lenta.


• Oxígeno Disuelto (O ): es la cantidad de oxígeno disuelto en el agua, es indispensable para la vida acuática. Depende de la temperatura e interactúa con otros determinantes como la materia orgánica y el nitrógeno.


• Sólidos Suspendidos (SS) : son partículas que debido a su tamaño permanecen en suspensión en el agua en vez de sedimentarse.


• Organismos patógenos (X ): son microorganismos que pueden generar enfermedades a los humanos. Algunos ejemplos con el E. Coli y los coliformes fecales.


• Mercurio elemental (Hg0): es mercurio en forma líquida, se puede encontrar naturalmente en el medio ambiente. También, es utilizado en varias industrias como en la minería. Es altamente volátil y su inhalación puede generar graves afecciones para la salud.


• Mercurio divalente (): es un gas altamente soluble en agua y puede reaccionar con otros compuestos. 


• Metil Mercurio (MeHg ): es la forma orgánica del mercurio. Es altamente tóxico. También, puede bioacumularse en organismos vivos.

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