Determinación de la edad del agua de la Ciénaga de Betancí, Córdoba, mediante la implementación de un modelo hidrodinámico y de transporte de contaminantes

Con el objetivo de investigar los procesos de renovación del agua, el transporte y dispersión de sustancias disueltas en la Ciénaga de Betancí, un cuerpo de agua que pasó a ser considerado un embalse artificial debido a la construcción de un dique, se implementó el sistema de modelado numérico y de...

Full description

Autores:: Ayala Herrera, Nicolás Elías

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2023

Institución:: Universidad de Córdoba

Repositorio:: Repositorio Institucional Unicórdoba

Idioma:: spa

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description	Con el objetivo de investigar los procesos de renovación del agua, el transporte y dispersión de sustancias disueltas en la Ciénaga de Betancí, un cuerpo de agua que pasó a ser considerado un embalse artificial debido a la construcción de un dique, se implementó el sistema de modelado numérico y de transporte EFDC en la ciénaga de Betancí, utilizando el concepto de edad del agua. Se analizó la incidencia del dique en la hidrodinámica y la calidad del cuerpo de agua, comparando escenarios antes y después de la construcción de la obra en los diferentes períodos climáticos. El modelo fue configurado con datos obtenidos en campañas de monitoreo llevadas a cabo en 2021, en las diferentes condiciones hidrológicas, tomando muestras in situ de parámetros: temperatura (T) y oxígeno disuelto (OD) y muestras de agua para análisis de sólidos suspendidos, nitrógeno amoniacal, nitratos, fosfatos y fósforo total. A partir de los datos medidos y los datos modelados, el modelo fue calibrado realizando la respectiva comparación por medio de tres pruebas de bondad de ajuste, de tal manera que se logró una buena concordancia en las variables de estudio. Los resultados mostraron que el modelo logró adaptarse a la zona de estudio y representar la distribución espaciotemporal de la edad del agua. Las variaciones hidrológicas influyeron en la edad del agua encontrándose mayores edades en período de sequías dónde el factor influyente para esta época fueron las magnitudes y direcciones del viento, mientras que las menores edades se encontraron en épocas de lluvias, además de esto se demostraron las repercusiones del dique en la hidrodinámica de la ciénaga, aumentando la edad del agua, la profundidad y el nivel de la ciénaga y por el contrario disminuyendo la velocidad del agua, las mayores edades del agua de la ciénaga en todas las simulaciones fue encontrada en la zona oeste, las simulaciones sin dique mostraron que la ciénaga mantuvo una mayor concentración de solidos suspendidos totales, de nitrógeno total y de fósforo total, debido a la resuspensión de sedimentos, aunque el comportamiento de la edad con respecto a la concentración de los parámetros de calidad fue variable, a raíz de esto no se pudo establecer una correlación positiva entre la edad del agua y la concentración de los parámetros de calidad del agua en la ciénaga de Betancí.
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Se analizó la incidencia del dique en la hidrodinámica y la calidad del cuerpo de agua, comparando escenarios antes y después de la construcción de la obra en los diferentes períodos climáticos. El modelo fue configurado con datos obtenidos en campañas de monitoreo llevadas a cabo en 2021, en las diferentes condiciones hidrológicas, tomando muestras in situ de parámetros: temperatura (T) y oxígeno disuelto (OD) y muestras de agua para análisis de sólidos suspendidos, nitrógeno amoniacal, nitratos, fosfatos y fósforo total. A partir de los datos medidos y los datos modelados, el modelo fue calibrado realizando la respectiva comparación por medio de tres pruebas de bondad de ajuste, de tal manera que se logró una buena concordancia en las variables de estudio. Los resultados mostraron que el modelo logró adaptarse a la zona de estudio y representar la distribución espaciotemporal de la edad del agua. Las variaciones hidrológicas influyeron en la edad del agua encontrándose mayores edades en período de sequías dónde el factor influyente para esta época fueron las magnitudes y direcciones del viento, mientras que las menores edades se encontraron en épocas de lluvias, además de esto se demostraron las repercusiones del dique en la hidrodinámica de la ciénaga, aumentando la edad del agua, la profundidad y el nivel de la ciénaga y por el contrario disminuyendo la velocidad del agua, las mayores edades del agua de la ciénaga en todas las simulaciones fue encontrada en la zona oeste, las simulaciones sin dique mostraron que la ciénaga mantuvo una mayor concentración de solidos suspendidos totales, de nitrógeno total y de fósforo total, debido a la resuspensión de sedimentos, aunque el comportamiento de la edad con respecto a la concentración de los parámetros de calidad fue variable, a raíz de esto no se pudo establecer una correlación positiva entre la edad del agua y la concentración de los parámetros de calidad del agua en la ciénaga de Betancí.In order to investigate the processes of water renewal, transport and dispersion of dissolved substances in the Ciénaga de Betancí, a water body that became an artificial reservoir due to the construction of a dam, the EFDC numerical and transport modeling system was implemented in the Ciénaga de Betancí, using the concept of water age. The impact of the dam on the hydrodynamics and quality of the water body was analyzed, comparing scenarios before and after the construction of the dam in different climatic periods. The model was configured with data obtained in monitoring campaigns carried out in 2021, in the different hydrological conditions, taking in situ samples of parameters: temperature (T) and dissolved oxygen (DO) and water samples for analysis of suspended solids, ammonia nitrogen, nitrates, phosphates and total phosphorus. Based on the measured data and the modeled data, the model was calibrated by performing the respective comparison by means of three goodness-of-fit tests, in such a way that a good agreement was achieved in the study variables. The results showed that the model was able to adapt to the study area and represent the spatiotemporal distribution of water age. The hydrological variations influenced the water age, finding higher ages in drought periods, where the influencing factor for this period was the magnitude and direction of the wind, while the lowest ages were found in rainy periods, in addition to this, the repercussions of the dam on the hydrodynamics of the cienaga were demonstrated, increasing the water age, depth and level of the cienaga and, on the contrary, decreasing the water velocity. The simulations without the dam showed that the cienaga maintained a higher concentration of total suspended solids, total nitrogen and total phosphorus, due to the resuspension of sediments, although the behavior of the age with respect to the concentration of the quality parameters was variable, because of this it was not possible to establish a positive correlation between the age of the water and the concentration of the water quality parameters in the Betancí CienagaRESUMEN .................................................................................................................................. 141. INTRODUCCIÓN ........................................................................... 162. OBJETIVOS ................................................................................ 18OBJETIVO GENERAL ....................................................................... 18OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................... 183. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ................................................................ 193.1. ESCALAS TEMPORALES DE RENOVACIÓN DEL AGUA ......................... 193.2. EDAD DEL AGUA................................................................... 203.3. CALIDAD DEL AGUA ............................................................... 233.4. MODELACIÓN AMBIENTAL ................................................. 243.5. MODELACIÓN HIDRODINÁMICA .......................................................... 253.6. MODELACIÓN NUMÉRICA............................................................ 263.7. MODELACIÓN HIDRODINÁMICA DE AGUAS SOMERAS ................................... 273.8. MODELACIÓN DE CALIDAD DEL AGUA............................................................... 273.9. COMPONENTES DE UN MODELO ..................................................... 283.9.1. MALLA NUMÉRICA .......................................................................................... 283.9.2. CONDICIONES INICIALES ................................................................................ 293.9.3. CONDICIONES FORZANTES ............................................................................ 303.9.4. BATIMETRÍA ...................................................................................................... 303.9.5. CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO ...........................................314. ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 315. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................................... 375.1 DESCRIPCIÓN ZONA DE ESTUDIO....................................................... 385.1.1 Recopilación de información.......................................................... 395.2 FASE DE CAMPO................................................................. 405.2.1 Campaña de medición ............................................................... 405.3 FASE DE LABORATORIO ...................................................... 415.3.1 Análisis de parámetros fisicoquímicos .................................... 41ABSTRACT ................................................................................................................................ 155.4. MODELO EFDC EXPLORER .......................................................... 415.4.1 Componente de hidrodinámica ....................................................... 445.4.2 Componente de calidad de agua ...................................................... 465.4.3 Ecuaciones cinéticas de las variables de estado ...................................... 475.5. EDAD DEL AGUA.............................................................. 475.6. ESCENARIOS DE SIMULACIÓN .................................................... 485.7. CONFIGURACIÓN DEL MODELO HIDRODINÁMICO ......................... 495.7.1. Topobatimetría de la zona de estudio ........................................ 495.7.2. Configuración de la malla numérica ......................................................... 495.7.3. Forzantes ................................................................................... 505.7.4. Condiciones Iniciales y de frontera para la Ciénaga de Betancí ...........515.8. CALIBRACIÓN DEL MODELO HIDRODINÁMICO ............................ 545.8.1 Pruebas de bondad y ajuste ...................................................... 546. RESULTADOS Y DISCUSIONES .................................................... 566.1. RESULTADOS DE LA CALIBRACIÓN DEL MODELO ............................... 566.1.1 Calibración del modelo hidrodinámico ................................................... 566.1.2 Calibración del modelo de transporte de nutrientes ................... 596.2. RESULTADOS DE EDAD DEL AGUA ............................................. 656.2.1. ESCENARIO DE SEQUÍA ..................................................................... 676.2.1.1. Edad del agua vs Volumen en época seca ............................. 686.2.1.2. Edad del agua en puntos de control establecidos en época sequía . 696.2.1.3. Edad del agua vs parámetros de calidad en época de sequía. ..... 696.2.2. ESCENARIO DE TRANSICIÓN. ............................................ 726.2.2.1 Edad del agua vs Volumen en época de transición ................. 736.2.2.2 Edad del agua en puntos de control establecidos época de transición. .. 746.2.2.3. Edad del agua vs parámetros de calidad del agua en época de transición .. 746.2.3. ESCENARIO DE LLUVIAS .......................................................... 786.2.3.1. Edad del agua vs Volumen en época de lluvias ........................... 796.2.3.2. Edad del agua en puntos de control previamente establecidos .. 806.2.3.3. Edad del agua vs parámetros de calidad en época de lluvias........ 816.2.4. ESCENARIO SEQUÍA SIN DIQUE...................................... 846.2.4.1 Edad del agua vs Volumen en época de sequía sin dique ......... 856.2.4.2. Edad del agua en puntos de control .............................. 866.2.4.3 Edad del agua vs parámetros de calidad en época de sequía sin dique .................... 876.2.5 ESCENARIO DE TRANSICIÓN SIN DIQUE ........................................ 896.2.5.1. Edad del agua vs Volumen en época de transición sin dique ........... 906.2.5.2. Edad del agua en puntos de control establecidos ............................. 916.2.5.3. Edad del agua vs parámetros de calidad del agua en época de transición sin dique 926.2.6. COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE SIMULACIÓN CON Y SIN DIQUE ....... 956.2.6.1 EDAD DEL AGUA .............................................................................................. 976.2.6.2 VOLUMEN ..................................................................................... 997. CONCLUSIONES ...........................................................................1058. RECOMENDACIONES ......................................................................1079. BIBLIOGRAFÍA ...........................................................................107ANEXOS..............................................................................................................120PregradoIngeniero(a) AmbientalTrabajos de Investigación y/o Extensiónapplication/pdfspaUniversidad de CórdobaFacultad de IngenieríaMontería, Córdoba - ColombiaIngeniería AmbientalCopyright Universidad de Córdoba, 2023https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Determinación de la edad del agua de la Ciénaga de Betancí, Córdoba, mediante la implementación de un modelo hidrodinámico y de transporte de contaminantesTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTextAlthoff, D., & Rodrigues, L. N. (2021). 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