Desarrollo de una metodología para el dimensionamiento de tanques de tormenta en los sistemas de saneamiento de la vertiente mediterránea

Resumen

El objetivo final de esta tesis consiste en el desarrollo de una metodología orientada al dimensionamiento de tanques de tormenta; particularizada a los sistemas de saneamiento de la vertiente mediterránea. Para ello, se examinaron inicialmente las características del arco mediterráneo, analizando las peculiaridades del clima y sus aspectos regionales. Así, se aprecia como el clima mediterráneo destaca, sobre todo, por su variabilidad espacial, a la vez que por la existencia de multitud de contrastes entre diferentes zonas. Se comprobó igualmente el dominio de una serie de características regionales, a la vez que la evolución creciente en la intensidad de los parámetros extremos durante el verano. En relación al dimensionamiento de los tanques de tormenta, se analiza la problemática a la hora de optar por sistemas unitarios frente a sistemas separativos; y en particular los inconvenientes de las Descargas de Sistemas Unitarios y muy especialmente del primer lavado de contaminantes o ‘first -flush’. De entre las prácticas de gestión orientadas al tratamiento o almacenamiento de la escorrentía inicial (las cuales resultan una de las mejores formas de controlar el primer lavado de contaminantes) se encuentra la disposición de medidas de control aguas abajo de la red de saneamiento; utilizando para ello los tanques de tormenta, los cuales consiguen un rendimiento adecuado en la reducción de la contaminación ambiental. Se describen la tipología, equipamiento y métodos de dimensionamiento de los tanques de tormenta disponibles; así como la manera de evaluar el rendimiento y los factores que influyen en el mismo. En este sentido, se analizan y revisan las metodologías de diseño empleadas en la actualidad en toda Europa y en nuestro país en concreto, discutiendo a la vez la problemática surgida con cada una de ellas. Se han aplicado dichas metodologías de diseño y dimensionamiento a la vertiente mediterránea, centrándonos en una localización concreta del sur de la península Ibérica caracterizada por su clima mediterráneo continentalizado: la ciudad de Jaén. La disparidad de los resultados obtenidos, con dimensiones del tanque comprendidas entre los 12 y 150 m3/ha, plantea la necesidad de abordar el problema del dimensionamiento desde una perspectiva diferente. Por ello, se ha tratado de diseñar una nueva metodología de dimensionamiento que se combina con la aplicación de modelos de cálculo. En concreto, se ha utilizado el paquete de software Storm Water Management Model (SWMM), desarrollado por la Agencia de Protección Medioambiental americana (siglas en inglés, EPA), aplicándose al caso particular del sistema de saneamiento de la ciudad de Jaén. Para la consecución de nuestros objetivos, se han analizado series históricas de tormentas, utilizando aguaceros de diseño basados en las curvas IDF de Témez, J.R. (1978). Se consideraron además diferentes opciones en función de la situación, dentro del hietograma, del valor máximo del registro: adelantado, atrasado o centrado. Con el fin de comparar diferentes configuraciones de diseño y condiciones de operación se utilizaron los índices de eficiencia descritos por De Martino, G. et al. (2011a y 2011b): la tasa de eliminación de la carga contaminante (η) y la tasa de vertido al medio receptor (θ). Dichos índices se caracterizan por su condición esencialmente intuitiva, al definirse como una relación de proporcionalidad entre la masa de sólidos en suspensión (directamente relacionada con la presencia del resto de contaminantes comunes) y el volumen de agua vertidos al medio, en relación con las cantidades acumuladas y caídas en la cuenca. Así la solución óptima o más eficiente resulta cuando la tasa de eliminación de la carga contaminante, η, alcanza valores máximos; o también cuando la tasa de vertido al medio receptor, θ, resulta con valores mínimos. De esta manera, los resultados obtenidos a partir del modelo SWMM del sistema de saneamiento de Jaén, permitieron evaluar en primer lugar la influencia de la intensidad y forma de la tormenta. Resultaron así eficiencias óptimas al aplicar el hietograma adelantado; mientras que los valores pésimos se alcanzaron al aplicar el hietograma atrasado. En relación a la tipología del tanque, se alcanzó la máxima eficiencia con los tanques en línea; consiguiéndose un valor máximo de η=0,525, tanto con tanques de sedimentación como con tanques de primer lavado en línea; ambos con un volumen por unidad de superficie impermeable de cuenca de 80 m3/haimp. A la vez, el valor mínimo de θ=0,293, se obtuvo con tanques de sedimentación y de primer lavado en línea; ambos también para un volumen de 80 m3/haimp. Por su parte, aunque con valores menos óptimos, los resultados obtenidos con tanques fuera de línea no mostraron diferencias significativas con los anteriores, pese a que se encontraban influenciados por la configuración del depósito. Así, el valor máximo de η=0,512, resultó con un tanque de primer lavado fuera de línea; y η=0,504, con un tanque de sedimentación fuera de línea; ambos con un volumen de 60 m3/haimp. A la vez, el valor mínimo de θ=0,329, resultó con un tanque de primer lavado fuera de línea; y θ=0,334, con un tanque de sedimentación fuera de línea también; ambos con un volumen de 60 m3/haimp. Los resultados anteriores se validaron mediante la aplicación de la norma ATV A 128 y de los trabajos descritos por el Grupo del Prof. J. Suárez, Universidad de La Coruña (Anta, J. et al., 2007). En todos los casos se detectó la existencia de un valor umbral del volumen del tanque, por encima del cual la eficiencia del sistema no mejoraba sustancialmente. Esto nos llevó a recomendar dicho valor umbral como el volumen de diseño del tanque de tormentas. Así, en Jaén este volumen estaría en torno a 60 m3/ha para tanques de tormenta fuera de línea; y en torno a 80 m3/ha para tanques de tormenta en línea.