Trabajo de grado - Pregrado
Modelación de transporte de nutrientes para el análisis del estado trófico de la Ciénaga de Betancí
Autor
García Gallego, Jesús Miguel
Salcedo Salgado, Javier
Institución
Resumen
nitrogen, total phosphorus, ammonia nitrogen, nitrates, nitrites, phosphates, chlorophyll-a, dissolved oxygen, BOD, COD, suspended solids and water transparency during the dry and rainy seasons; Trophic state indices were evaluated in which the change of mesotrophic state was evidenced in dry season to moderately eutrophic and hypereutrophic in wet season. The hydrodynamic and water quality model MOHID Studio 2016® was implemented, which was calibrated and validated, achieving an adequate adjustment of the calculated data in relation to those measured, which allowed simulating scenarios of increase and decrease of nutrients and incoming flows to the swamp through its main tributaries. The results show that, with the exception of phosphorus, variations in the concentration of total nitrogen and increases in flows present short-term consequences on the trophic state of the swamp, especially in the southeastern area where the tributaries with the highest contribution are found and are they carry out agricultural activities with greater intensity. RESUMEN xiii ABSTRACT xiv 1. INTRODUCCIÓN 15 2. REVISIÓN DE LA LITERATURA 17 2.1. ANTECEDENTES 17 2.2. MARCO TEÓRICO 19 2.2.1. Eutrofización 19 2.2.2. Categorías tróficas 19 2.2.3. Índice de Estado Trófico 20 2.2.4. Nitrógeno y Fósforo en la eutrofización 21 2.2.5. Modelación numérica 21 2.2.6. Modelación hidrodinámica 21 2.2.7. Modelación de calidad de agua 22 2.2.8. Discretización del modelo 23 2.2.9. Malla numérica 23 2.2.10. Condiciones iniciales 24 2.2.11. Condiciones de contorno 24 2.2.12. Batimetría 25 2.2.13. Calibración y validación del modelo 25 2.2.14. Pruebas de bondad de ajuste 25 2.3. MOHID STUDIO® 26 2.3.1. Mohid Water 26 3. MATERIALES Y MÉTODOS 29 3.1. DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO 29 3.2. FASE DE CAMPO 30 3.2.1. Toma de muestras de agua y batimetría 30 3.2.2. Aforo del dique sobre el caño Betancí 31 3.3. FASE DE LABORATORIO 32 3.3.1. Determinación de Clorofila-a en el agua 32 3.3.2. Análisis de parámetros fisicoquímicos 32 3.4. FASE DE ANÁLISIS 32 3.4.1. Análisis de la contaminación del agua en la Ciénaga de Betancí 32 3.4.2. Cálculo de Índices de Estado Trófico 33 3.4.3. Estimación de caudales 35 3.5. FASE DE MODELACIÓN NUMÉRICA 35 3.5.1. Modelación Hidrodinámica 35 3.5.2. Modelación de Transporte de Nutrientes 37 3.5.3. Calibración del modelo 38 3.5.4. Escenarios de simulación 40 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 42 4.1. BATIMETRÍA 42 4.2. RESULTADOS DE LAS MEDICIONES DE CALIDAD DE AGUA 43 4.3. ÍNDICES DE ESTADO TRÓFICO 49 4.3.1. Índice de Estado Trófico de Carlson 49 4.3.2. Índice de Estado Trófico de la OCDE 51 4.4. RESULTADOS DE LA MEDICIÓN Y ESTIMACIÓN DE CAUDALES 52 4.5. RESULTADOS DE CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO 53 4.5.1. Modelo Hidrodinámico 53 4.5.2. Modelo de transporte de nutrientes 54 4.6. RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN 61 4.6.1. Hidrodinámica 61 4.6.2. Transporte de Nutrientes 62 4.7. ESCENARIOS DE SIMULACIÓN 69 4.7.1. Temporada Seca 69 4.7.2. Temporada Húmeda 76 5. CONCLUSIONES 89 6. RECOMENDACIONES 92 7. BIBLIOGRAFÍA 93 8. ANEXOS 99
Un aumento en el estado trófico se produce por un proceso de enriquecimiento de nutrientes en los cuerpos de aguas superficiales, debido a la utilización de productos químicos como fertilizantes en las actividades agropecuarias, los cuales a causa de la escorrentía se acumulan en masas de aguas aledañas llegando a producir incluso fenómenos de eutrofización. La presente investigación consta de la modelación numérica del transporte de nutrientes utilizada para analizar el estado trófico de la Ciénaga de Betancí; se tomaron muestras de agua para el análisis de nitrógeno total, fósforo total, nitrógeno amoniacal, nitratos, nitritos, fosfatos, clorofila-a, oxígeno disuelto, DBO, DQO, sólidos suspendidos y transparencia del agua durante las temporadas seca y de lluvias; se evaluaron índices de estado trófico en los cuales se evidenció el cambio de estado mesotrófico en época seca a medianamente eutrófico e hipereutrófico en época húmeda. Se implementó el modelo hidrodinámico y de calidad de agua MOHID Studio 2016® que fue calibrado y validado logrando un ajuste adecuado de los datos calculados con relación a los medidos, lo que permitió simular escenarios de aumento y disminución de nutrientes y caudales entrantes a la ciénaga a través de sus afluentes principales. Los resultados muestran que, con excepción del fósforo, las variaciones en la concentración de nitrógeno total y aumentos de caudales presentan consecuencias a corto plazo sobre el estado trófico de la ciénaga, especialmente en la zona suroriental donde se encuentran los afluentes de mayor aporte y se ejecutan con mayor intensidad actividades agropecuarias. Pregrado Ingeniero(a) Ambiental Trabajos de Investigación y/o Extensión