Modelación numérica del transporte de efluentes en un curso fluvial : caso Río Uruguay.

Abstract

El río Uruguay es uno de los principales afluentes del Río de la Plata. Su tramo inferior ubicado entre Argentina y Uruguay ha sido sometido a nuevas controversias ambientales desde hace casi una década, específicamente concerniendo a la descarga de la planta de celulosa UPM implantada en la margen uruguaya. Esto ha despertado el interés por parte del gobierno y la academia de Uruguay de avanzar en las implicancias ambientales de dicha planta con el río Uruguay. En este contexto, el objetivo principal de esta Tesis consiste en analizar el transporte de los efluentes descargados por UPM en el río Uruguay. En primer lugar, a modo de alcanzar el objetivo, se requiere la configuración de un modelo hidrodinámico como plataforma de simulación númerica. La información de base accedida en este trabajo posibilita la configuración de un modelo hidrodinámico bidimensional integrado en la vertical para el río Uruguay, utilizando el software MOHID (modelo baroclnico tridimensional). Se configura dicho modelo para el tramo de unos 350km comprendido entre la Represa Salto Grande y la ciudad de Nueva Palmira (Uruguay). El modelo es calibrado y validado para distintos escenarios de caudales, con especial énfasis en el ajuste en la zona aledaña a la planta UPM. La configuración batimétrica es obtenida a partir de la articulación y combinación de diferentes conjuntos de información topográfica. Los datos hidrológicos disponibles son utilizados para establecer los escenarios de simulación y para el ajuste del modelo. En cuanto a este último, la información utilizada consiste en datos horarios de nivel registrados en la estación de Fray Bentos junto con las estaciones de Paysandú (Uruguay) y Boca Gualeguaychu. Previo a la etapa de calibración se incluye un análisis de la respuesta del modelo ante distintas variables de implementación, como el viento, los aportes de caudal laterales, la batimétrica y otras opciones de configuración del modelo, las cuales pueden contribuir a la mejora del modelo hidrodinámico. Para cada una de estas variantes se analiza la desviación de los resultados del modelo respecto a los datos registrados. En base a ello se implementa la configuración del modelo que mejor refleja los datos reales de niveles medidos en Fray Bentos. Por medio del proceso de calibración se ajusta el coeciente de rugosidad de fondo y con ello se obtiene una configuración final del modelo, la cual luego es validada. El modelo obtenido resulta confiable principalmente para escenarios de caudales bajos y medios que son los de mayor interés ambiental por involucrar mayores concentraciones de contaminantes en el río. Las simulaciones realizadas permiten identificar la ocurrencia de fenómenos de inversión de flujo parcial y total en la sección, principalmente ante situaciones de caudales bajos y medios debido a la influencia de la marea que actua sobre el Río de la Plata. En casos extremos, la inversión de flujo puede extenderse hasta la ciudad de Paysandú y con ello superar los 200km de extensión. Mediante la modelación se determinan los tiempos de residencia en diferentes sectores de la zona aledaña a la descarga de UPM, los cuales varián según las características morfológicas del medio y también dependen fuertemente de las condiciones hidrodinámicas del rol prevalentes en el lapso durante el cual se determina dicho tiempo, incluida la potencial existencia de inversiones de flujo que afectan los mecanismos de advección y difusión. Finalmente se analiza el comportamiento de la pluma de descarga de la planta UPM con la simulación de una descarga puntual continua de un trazador pasivo, para lo cual se adopta una intensidad de turbulencia de referencia y se complementa con un an álisis de sensibilidad ante variaciones de la misma. Se analiza la conformación de la pluma de descarga y la influencia de las inversiones de flujo y la morfología del rol en la trayectoria de las partículas, los cuales son tres factores que afectan el tranporte de las partículas descargadas al río. Se determina la fracción de efluente descargado que permanece en zonas próximas a su emisión, tanto en las bahías y otras zonas del cauce principal del río. Se detecta que eventos de inversión de flujo intensos favorecen la permanencia de partículas en el entorno de la zona de UPM, ocasionando el incremento de los tiempos de residencia en algunos sectores ya que las inversiones favorecen el ingreso de partículas a algunas bahías e inclusive pueden desencadenar que la inversión de la pluma de descarga suceda desde el punto de emisión de las partículas. También se observa que cambios rápidos en el sentido del flujo favorecen el desprendimiento de partículas de la pluma, pudiendo ingresar estas a zonas con menor capacidad de renovación. Este trabajo resulta en la configuración de una herramienta como plataforma de partida para futuros estudios. Los resultados obtenidos asociados el transporte de los efluentes de UPM descargados al río Uruguay anticipa el comportamiento de la pluma de descarga ante diferentes condiciones hidrodinámicas. Asimismo, se identifican areas aledañas a la descarga de UPM donde la tasa de renovación de fluido es pequeñaa. Finalmente se presentan recomendaciones para futuras campañas de monitoreo y futuros trabajos de investigación.

El río Uruguay es uno de los principales auentes del Ríoo de la Plata. Su tramo inferior ubicado entre Argentina y Uruguay ha sido sometido a nuevas controversias ambientales desde hace casi una década, específicamente concerniendo a la descarga de la planta de celulosa UPM implantada en la margen uruguaya. Esto ha despertado el interés por parte del gobierno y la academia de Uruguay de avanzar en las implicancias ambientales de dicha planta con el río Uruguay. En este contexto, el objetivo principal de esta Tesis consiste en analizar el transporte de los efluentes descargados por UPM en el río Uruguay. En primer lugar, a modo de alcanzar el objetivo, se requiere la con figuración de un modelo hidrodinámico como plataforma de simulación númerica. La información de base accedida en este trabajo posibilita la confi guración de un modelo hidrodinámico bidimensional integrado en la vertical para el río Uruguay, utilizando el software MOHID (modelo barocinico tridimensional). Se configura dicho modelo para el tramo de unos 350km comprendido entre la Represa Salto Grande y la ciudad de Nueva Palmira (Uruguay). El modelo es calibrado y validado para distintos escenarios de caudales, con especial énfasis en el ajuste en la zona aledaña a la planta UPM. La configuración batimétrica es obtenida a partir de la articulación y combinación de diferentes conjuntos de información topográfica. Los datos hidrológicos disponibles son utilizados para establecer los escenarios de simulación y para el ajuste del modelo. En cuanto a este último, la información utilizada consiste en datos horarios de nivel registrados en la estación de Fray Bentos junto con las estaciones de Paysand u (Uruguay) y Boca Gualeguaychu. Previo a la etapa de calibración se incluye un análisis de la respuesta del modelo ante distintas variables de implementación, como el viento, los aportes de caudal laterales, la batimétrica y otras opciones de configuración del modelo, las cuales pueden contribuir a la mejora del modelo hidrodinámico. Para cada una de estas variantes se analiza la desviación de los resultados del modelo respecto a los datos registrados. En base a ello se implementa la configuración del modelo que mejor refleja los datos reales de niveles medidos en Fray Bentos. Por medio del proceso de calibración se ajusta el coeciente de rugosidad de fondo y con ello se obtiene una configuración final del modelo, la cual luego es validada. El modelo obtenido resulta confiable principalmente para escenarios de caudales bajos y medios que son los de mayor interés ambiental por involucrar mayores concentraciones de contaminantes en el río. Las simulaciones realizadas permiten identicar la ocurrencia de fenómenos de inversión de flujo parcial y total en la sección, principalmente ante situaciones de caudales bajos y medios debido a la influencia de la marea que actua sobre el Río de la Plata. En casos extremos, la inversión de flujo puede extenderse hasta la ciudad de Paysandú y con ello superar los 200km de extensión. Mediante la modelación se determinan los tiempos de residencia en diferentes sectores de la zona aledaña a la descarga de UPM, los cuales varián según las características morfológicas del medio y también dependen fuertemente de las condiciones hidrodinámicas del rol prevalentes en el lapso durante el cual se determina dicho tiempo, incluida la potencial existencia de inversiones de flujo que afectan los mecanismos de advección y difusión. Finalmente se analiza el comportamiento de la pluma de descarga de la planta UPM con la simulación de una descarga puntual continua de un trazador pasivo, para lo cual se adopta una intensidad de turbulencia de referencia y se complementa con un análisis de sensibilidad ante variaciones de la misma. Se analiza la conformación de la pluma de descarga y la influencia de las inversiones de flujo y la morfología del rol en la trayectoria de las partículas, los cuales son tres factores que afectan el tranporte de las partículas descargadas al río. Se determina la fracción de efluente descargado que permanece en zonas próximas a su emisión, tanto en las bahías y otras zonas del cauce principal del río. Se detecta que eventos de inversión de flujo intensos favorecen la permanencia de partículas en el entorno de la zona de UPM, ocasionando el incremento de los tiempos de residencia en algunos sectores ya que las inversiones favorecen el ingreso de partículas a algunas bahías e inclusive pueden desencadenar que la inversi ón de la pluma de descarga suceda desde el punto de emisión de las partículas. También se observa que cambios rápidos en el sentido del flujo favorecen el desprendimiento de partículas de la pluma, pudiendo ingresar estas a zonas con menor capacidad de renovación. Este trabajo resulta en la configuración de una herramienta como plataforma de partida para futuros estudios. Los resultados obtenidos asociados el transporte de los efluentes de UPM descargados al río Uruguay anticipa el comportamiento de la pluma de descarga ante diferentes condiciones hidrodinámicas. Asimismo, se identifican areas aledañas a la descarga de UPM donde la tasa de renovación de fluido es pequeña. Finalmente se presentan recomendaciones para futuras campañas de monitoreo y futuros trabajos de investigación.