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Revisión de la aplicación del modelo SWAT para la gestión sustentable de los recursos hídricos ante un panorama de sobreexplotación de acuíferos, cambio climático y cambio en el uso de suelo
Con el propósito de demostrar la capacidad del modelo SWAT (acrónimo de Soil & Water Assessment Tool) para llevar a cabo estudios de viabilidad destinados a la implementación de alternativas sustentables y a pequeña escala para mitigar la sobreexplotación de aguas subterráneas bajo la amenaza del cambio climático y cambio en el uso de suelo, en este artículo se han recopilado y analizado distintas investigaciones en las que se ha empleado tal herramienta para el análisis y la predicción de la dinámica de aguas superficiales y subterráneas, la erosión y sedimentación del suelo, así como estudios que incorporan la implementación de embalses, humedales y mejores métodos de gestión (BMP, por sus siglas en inglés) con objetivos hidrológicos y de conservación de suelos. Entre los resultados se identifica un número limitado de trabajos encaminados exclusivamente a determinar la viabilidad de implementar pequeñas obras de recarga hídrica. Asimismo, se observa en la mayoría de las metodologías propuestas la simulación de un escenario base previamente calibrado y validado, el cual después es modificado para simular escenarios de cambio climático, cambio en el uso de suelo, o implementación de BMP. Por último, a partir del análisis de los resultados de las distintas investigaciones se ha identificado una alta efectividad de la reforestación, terrazas paralelas, "barraginhas", presas filtrantes y las terrazas en general para reducir la producción de sedimentos y la escorrentía superficial en una cuenca, lo cual puede eventualmente favorecer la recarga hídrica.
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Eficiencia en la provisión de agua potable: un análisis de frontera estocástica
Entender que rol juegan los diversos factores que explican la eficiencia técnica resulta fundamental para establecer los marcos regulatorios y políticas enfocadas en mejorar los niveles de eficiencia, especialmente en la prestación de servicios públicos, como el suministro de agua potable. Este estudio tiene como objetivo calcular el nivel de eficiencia técnica orientada a los costos de los proveedores del servicio de agua potable del Ecuador y analizar sus determinantes. Para ello, se aplicó el método paramétrico análisis de frontera estocástica (SFA, por sus siglas en inglés) utilizando datos del año 2019 de la "Estadística de información ambiental económica en gobiernos autónomos descentralizados municipalesâ€ publicada por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC). Los resultados muestran que los proveedores de agua potable en Ecuador podrían ahorrar sus costos y, al mismo tiempo, mantener el nivel de producción de agua potable actual. Entre los factores que explican a la eficiencia se encuentra el nivel económico del cantón, la densidad de clientes, el nivel de fuentes de extracción de agua, y la necesidad de bombeo en la provisión del servicio. Finalmente, se sugiere que las políticas públicas de mejora de la eficiencia centradas en dichos factores se realicen promoviendo la cooperación e intercambio de experiencias entre los proveedores.
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Evaluación de métodos de interpolación espacial aplicados a la calidad del agua en Córdoba, Argentina
Los recursos de agua dulce disponibles por persona han disminuido más de un 20 % en los últimos 20 años debido al crecimiento de la población y a la exacerbación del cambio climático. En concreto, en Argentina, los lagos y embalses de la zona centro-norte del país han acelerado sus procesos naturales de colmatación y eutrofización, y registran elevadas cargas de nutrientes, altas concentraciones de clorofila-a y recurrentes florecimientos algales. Existen distintos criterios para determinar el estado trófico y la calidad del agua de estos sistemas, como los indicadores biológicos, los índices tróficos y la determinación de parámetros fisicoquímicos y biológicos. En este trabajo se utilizaron técnicas de interpolación mediante sistemas de información geográfica (SIG), como inverse of the weighted distance (IDW), con el fin de obtener mapas de distribución espacial de las variables temperatura, transparencia del agua y oxígeno disuelto (OD) en el embalse Río Tercero (Córdoba). Se demostró cómo los factores ambientales y la intervención antrópica acentúan los procesos de eutrofia en los recursos hídricos y que el uso potencial de los SIG y de métodos de interpolación espacial, a través de la generación de superficies continuas a partir de datos discretos, facilitan la obtención, gestión, manipulación, análisis, modelado y representación de datos para resolver problemas complejos de planificación y gestión.
Hydraulic performance optimization of triangular-arced asymmetric labyrinth weirs: Experimental analysis of discharge efficiency and geometric variations
This study examines the hydraulic performance of triangular-arced asymmetric labyrinth weirs with varying middle cycles, focusing on optimizing the discharge coefficient (Cd) under different geometric and hydraulic conditions. Experimental investigations were conducted in a flume with triangular-arced weirs featuring arc angles of 45°, 90°, and 135°. The results indicate that the highest Cd of 0.949 was achieved at a Froude number (Fr) of 1.64 and an arc angle of 90°, demonstrating optimal hydraulic performance. Wider intermediate cycles (R/W1 = 3.2) enhanced Cd to 0.949, while narrower cycles (R/W1 = 2.5) yielded a lower Cd of 0.633 due to increased turbulence and flow interference. The Q-Ht curves revealed that reducing the apex width (W1) increased upstream hydraulic head, enhancing discharge coefficient at low discharges but reducing hydraulic efficiency at higher discharges due to turbulence. These findings confirm that modifying intermediate cycles and optimizing arc angles can significantly improve hydraulic efficiency.
Análisis de benchmarking y simulación para optimizar una planta comercial de tratamiento de aguas residuales
Es necesario un consumo sostenible de agua y energía para mitigar el daño ambiental causado por las actividades antrópicas. El sistema de tratamiento de aguas residuales más utilizado en el mundo es el de lodos activados convencionales. Sin embargo, tiene altos costos de operación, entre 60 y 70 %, debido al consumo de energía. En este estudio, el “Benchmarking” permitió realizar un análisis comparativo entre plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de magnitudes similares con parámetros y consumos energéticos específicos, complementado con una simulación en SIMBA# versión libre (sin considerar tratamientos terciarios), para mejorar el proceso operativo de una PTAR comercial en Mérida, Yucatán. Los resultados muestran que es posible ajustando la capacidad de los dos sopladores de 5 HP a 3 HP, reducir un 40.58 % del consumo total de energía en la PTAR (por exceso de aireación), lo que mejora adicionalmente la calidad del efluente en el parámetro específico de nitrógeno total con una reducción de 72 g N/m3 a 56 g N/m3. Sin embargo, es necesario realizar los cambios propuestos en la PTAR de este estudio para obtener los resultados en operación real y realizar los ajustes pertinentes.
Análisis experimental de la turbulencia y la erosión local en una pila de puente de sección cuadrada en un canal con una derivación a 90 grados
Un adecuado análisis de la socavación, transporte y sedimentación de partículas permite mitigar los efectos de erosión sobre las estructuras construidas sobre un cauce hídrico, tal como ocurre con los puentes. La presente investigación utilizó un canal de bifurcación de 90 grados, a escala de laboratorio, de 0.60 m de ancho y profundidad, de 6 m de longitud para el canal principal y 2.2 m para el canal secundario. En el centro de la bifurcación del canal se instaló una pila de sección cuadrada de lado igual a 0.10 m y alto de 0.90 m. La profundidad del sedimento en el canal es de 0.20 m, que reposa sobre 0.10 m de grava. Se utilizó un medidor ultrasónico de efecto Doppler (ADV) para determinar las velocidades instantáneas. La pila incrementó considerablemente la socavación aguas arriba de la estructura, determinando una máxima socavación de -0.182 m. Además, se observó que la velocidad instantánea en la dirección del flujo tiene valores máximos de 0.30 m/s cercanos a la velocidad media del flujo (0.33 m/s), lo que identifica cómo la pila alteró el patrón del flujo y creó zonas de alta turbulencia. Las velocidades turbulentas, en específico cerca del lecho del canal, llegan a tener picos de 0.10 m/s en . Aguas abajo, las tensiones de Reynolds, , cercanas a la pila, fueron máximas, entre 0.02 y 0.04 (m/s)2 para una altura de z = 0.08 m y decrecen a valores inferiores a 0.015 (m/s)2 para z = 0.11 m, lo que indica que la presencia de la pila genera un aumento en el transporte de sedimentos y contribuye a procesos erosivos intensos en su alrededor. Cerca del lecho del canal (z = 0.08 m), las escalas de longitud de Kolmogórov tuvieron valores reducidos entre 0.1 y 0.3 mm, lo que refleja la presencia de estructuras turbulentas de tamaño limitado y gran intensidad.
Remoción de arsénico (III) en aguas subterráneas mediante residuos de naranja: eficiencia y modelos de adsorción en condiciones altoandinas
El presente estudio evalúa las isotermas de adsorción de arsénico (III) con la biomasa de los residuos de naranja (pepa, bagazo y cáscara) en condiciones altoandinas. Iniciando con la obtención de la biomasa de los residuos de la naranja y la determinación de As de una muestra de agua subterránea de la zona sur de la ciudad de Juliaca, Perú. Para los ensayos de adsorción se empleó el equipo de prueba de jarras (200 rpm en 2 horas), con un diseño estadístico experimental de 3A x 4B; factor A (residuos de naranja, A1 = cáscara, A2 = pepa y A3 = bagazo) y factor B (masa de residuos B1 = 2 g, B2 = 3 g, B3 = 4 g y B4 = 5 g), a un pH 5, en vasos precipitados de 500 ml. Para determinar la concentración de As (III) se empleó el método de dietilditiocarbamato de plata. Además, se hizo la caracterización de las biomasas mediante el análisis de composición química de espectrometría de fluorescencia de rayos X. Los resultados de caracterización de los bioadsorbentes presentan mayor cantidad de calcio y óxido de calcio. Las mejores biomasas de adsorción se dan con 5 g de biomasa para la pepa (98.10 %) y bagazo (97.89 %), y para la cáscara se presenta con 4 g (97.59 %). Los datos obtenidos se modelaron de acuerdo con las ecuaciones de las isotermas de Langmuir, Freundlich y Temkin. Los datos experimentales mostraron mayor ajuste con el modelo de Langmuir para las tres biomasas para el proceso de adsorción de As (III).
Dinámica de la planta acuática Pistia stratiotes y su incorporación a un sistema de producción de compost
Uno de los impulsores de cambio que afecta a los humedales costeros peruanos es el crecimiento descontrolado de plantas acuáticas invasoras. Esta investigación tuvo como objetivo modelar la producción de biomasa de una población de P. stratiotes en el humedal Santa Rosa-Chancay-Lima y, a partir de ello, proponer un sistema de producción de compost y vermicompost. Se registró la biomasa de P. stratiotes (octubre de 2022- febrero de 2023) para obtener modelos matemáticos que expliquen su evolución en el tiempo. Asimismo, se construyeron sistemas de producción de compost usando ocho diferentes tecnologías de compostaje tradicional y vermicompostaje; en cada caso se evaluó la calidad y eficiencia del compost obtenido. Los mejores modelos para el crecimiento de la biomasa fueron los siguientes: a) para los meses de invierno, el modelo de descenso exponencial (R2 = 0.97; coeficiente de correlación = 0.99; error estándar = 0.11) y b) para los meses de verano, el modelo geométrico (R2 = 0.80; coeficiente de correlación = 0.90; error estándar = 0.55). El compost de mejor calidad y eficiencia fue el de compostaje tradicional, con 30 % de biomasa y con adición del acelerador microbiano. El crecimiento de P. stratiotes registrado en tiempo de duplicación tanto en verano (17.70 días) como en invierno (20.64 días) sugiere realizar cuatro extracciones al año, obteniendo una producción total de cuatro toneladas de compost bajo el modelo de descenso exponencial para un manejo controlado del crecimiento de la biomasa de P. stratiotes en la laguna principal.
Diatomeas epilíticas como bioindicadores de calidad hídrica en el río Pachanlica, Ecuador
Las diatomeas han sido reconocidas como bioindicadores efectivos de la calidad del agua debido a su sensibilidad a cambios fisicoquímicos y rápida respuesta a perturbaciones ambientales. En Europa, su uso está estandarizado para la evaluación ecológica de ríos, y en Sudamérica han sido aplicadas en ríos andinos de Colombia y Perú. Sin embargo, en Ecuador su estudio es aún limitado, lo que genera la necesidad de investigar su aplicabilidad en ecosistemas andinos. Este estudio tuvo como objetivo analizar el uso de diatomeas epilíticas como bioindicadores de calidad del agua en el río Pachanlica en Ecuador; se seleccionaron 14 puntos de muestreo distribuidos altitudinalmente en zonas alta, media y baja. Se evaluaron parámetros fisicoquímicos, químicos y microbiológicos mediante sondas multiparamétricas y espectrofotometría, siguiendo protocolos estandarizados para la determinación de nutrientes, clorofila a y comunidades de diatomeas. Los resultados evidenciaron condiciones oligotróficas en la zona alta y mesotróficas en las zonas media y baja de la subcuenca, con una disminución de la calidad del agua en la zona baja debido a descargas de aguas residuales y actividades agrícolas. El índice de sensibilidad específica a la polución evidenció la tolerancia de las especies dominantes de diatomeas a la contaminación, mientras que la baja diversidad en puntos críticos indicó un deterioro ecológico progresivo. Aunque las diatomeas reflejan la calidad biológica del agua pueden sobreestimar su calidad general desde un enfoque ecológico, lo cual genera contrariedades con los indicadores químicos y limita su uso en la evaluación de la calidad bajo criterios de salud pública en sistemas altamente intervenidos.
Diseño físico de un humedal subsuperficial de flujo horizontal utilizando el algoritmo NSGA-II
Este trabajo presenta el diseño físico de un humedal subsuperficial de flujo horizontal destinado al tratamiento de aguas residuales grises. El objetivo principal es optimizar la eficiencia de remoción de la demanda bioquímica de oxígeno mediante el uso del algoritmo NSGA-II, el cual es una técnica de optimización multiobjetivo. Se evalúan tres funciones objetivo: maximización de la eficiencia de remoción, maximización del caudal y minimización del volumen del humedal. Cuatro restricciones son definidas: eficiencia de remoción superior al 95 %, volumen físico menor a 1 000 m3, caudal superior a 10 m3/d y una relación largo-ancho entre 2 y 4. Las funciones objetivo y las restricciones dependen de seis variables de diseño: tiempo de retención hidráulica, ancho, longitud, profundidad del agua en el humedal, profundidad del humedal y pendiente. Al emplear el algoritmo genético de clasificación no dominada como optimizador evolutivo se utilizó una población junto con un número de generaciones de 100, 200 y 300 durante el proceso de optimización. El objetivo de la optimización multiobjetivo es proporcionar los mejores compromisos entre los objetivos, el cual se visualiza claramente en las superficies de Pareto generadas.
Valoración de índices de clorofila con datos Sentinel-2 en el embalse San Roque, Córdoba, Argentina
En este estudio se utilizaron índices específicos con productos de Sentinel-2, procesados con Google Earth Engine (GEE), para estimar la concentración de clorofila-a (Cl-a) en el embalse San Roque, Córdoba, Argentina. Los índices específicos evaluados fueron el índice de clorofila de diferencia normalizada (NDCI), índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI), índice de clorofila en banda verde (GCI) e índice de clorofila en banda roja (RCl). El índice NDCI ha demostrado ser la mejor opción entre los cuatro índices específicos evaluados, al proporcionar un ajuste con coeficiente de determinación (R²) cercano a 0.8 y estadísticamente significativo respecto a valores medidos de Cl-a, y que representa de forma adecuada la dinámica espacial y temporal de los valores medidos de Cl-a. Aplicar este índice significaría mejoras en las herramientas de gestiones actuales para este importante cuerpo de agua provincial.
Remoción de sales de cobre por sodalitas recubiertas con hidróxidos doble laminares
Se sintetizaron zeolitas tipo sodalita a partir de silicio y aluminio posconsumo, las cuales se recubrieron con el hidróxido doble laminar (HDL) con una relación molar Mg2+ / Al3+ = 2, que se formaron por el método de coprecipitación a baja saturación. Las propiedades estructurales, morfológicas y texturales de la zeolita, el HDL y el material recubierto se determinaron mediante difracción de rayos X de muestras policristalinas (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía de resonancia magnética nuclear 27Al (RMN) y medidas texturales. Los sólidos obtenidos se utilizaron para la eliminación de Cu2+, Cl-, NO3- y SO42- desde soluciones acuosas de Cu(NO3)2, CuCl2 y CuSO4, estudiando la capacidad de remoción por espectrometría de fluorescencia de rayos X (XFR) para Cu2+, Cl- y SO42-, y espectroscopía UV-Vis para el NO3-. Los resultados mostraron que la zeolita tipo sodalita recubierta con HDL fue capaz de hacer la captación simultánea de cationes y aniones como el Cu2+ en 9.26 mmol*g-1, Cl- en 9.34 mmol*g-1, SO42- en 8.82 mmol*g-1 y NO3- en 14.41 mmol*g-1. Estos resultados muestran que las zeolitas recubiertas con HDL se pueden usar para retener cationes y aniones dañinos para el medio ambiente, y representan una oportunidad para diseñar catalizadores
Sedimentación de embalses en Colombia: panorama y análisis de casos
En el presente trabajo se realiza una revisión exhaustiva del panorama actual de sedimentación de embalses en Colombia, se documentan las soluciones implementadas a la fecha y se analiza con el modelo Reservoir Conservation 2 (RESCON 2 Beta) del Banco Mundial la efectividad técnica a nivel de prefactibilidad de varias estrategias de gestión de sedimentación en el embalse del proyecto hidroeléctrico Porce II (uno de los casos críticos), el cual se localiza en el noroccidente de Colombia y presenta una pérdida de capacidad promedio de 2.09 Mm³/año. Los resultados muestran que, de no tomar acción, para el escenario de sedimentación más crítico (3.36 Mm³/año), en poco más de 40 años de operación se pierde el volumen útil o activo, y al cabo de 105 años se pierde el volumen total de almacenamiento; por otro lado, de tomar acción y aplicar la técnica del trasvase (by-pass) y el supuesto de que se alcanzara un cuasi equilibrio sedimentológico entre lo que ingresa al embalse y lo que se descarga aguas abajo de la presa se podría prolongar la vida útil del embalse. Se concluye que los embalses en Colombia son un recurso finito que debe gestionarse con especial cuidado para garantizar la seguridad energética de la nación.
Modelo empírico de evapotranspiración dependiente de la temperatura y radiación solar en la República del Ecuador
La evapotranspiración tiene una importancia sustancial en el proceso de filtración de agua en el suelo y su posterior absorción por parte de la raíz de la planta; consecuentemente, es un factor importante que determina la cantidad de agua disponible para los cultivos. En este artículo se analizan resultados de evapotranspiración recogidos en un invernadero en el sitio de Natabuela, provincia de Imbabura (República del Ecuador), a través de un tanque evaporímetro. Con estos datos experimentales se ha estudiado la validez de cinco modelos empíricos de referencia para el cálculo de la evapotranspiración que dependen, exclusivamente, de la temperatura y la radiación solar. Se concluye que existe una buena correlación (coeficiente de Pearson de alrededor del 80 %) entre los datos observados y la predicción teórica de estos cinco modelos, siendo el modelo de Irmak, Irmak, Allen y Jones (2003), el que mejor se ajusta a los datos observados en esta región de Sudamérica; sin embargo, se ha comprobado que todos estos modelos sobreestiman la evaporación observada. Además, según los datos recogidos, se ha concluido que los parámetros radiación solar y temperatura media diaria son los que más influyen sobre la evaporación observada en dicha región del ecuador. En consecuencia, se ha inferido un nuevo modelo empírico para la evapotranspiración en esta región de Sudamérica, que depende linealmente de la temperatura media diaria y la radiación solar. Este modelo empírico será implementado próximamente en los modelos numéricos de simulación como el Del Vigo-García, Juana-Sirgado y Rodríguez-Sinobas (2022a), utilizado para el diseño y automatización de los sistemas de riego en la región.
Pronóstico Hidrológico en la Cuenca de Misantla (México) mediante el Uso del Filtro de Kalman Discreto
En México, los eventos de precipitación extrema han aumentado en los últimos años, especialmente en el sur, generando cambios abruptos en los caudales de los ríos e inundaciones graves. La información hidrológica es fundamental para gestionar avenidas, presas y desastres. Para predecir los caudales, se utilizan métodos como redes neuronales, inteligencia artificial y técnicas de asimilación de datos, entre ellas el filtro de Kalman discreto (FKD). Este filtro realiza estimaciones estocásticas mediante un algoritmo de corrección; proporciona estimaciones lineales no sesgadas con mínima varianza a partir de datos ruidosos, y actualiza el sistema con cada nueva observación. Su eficacia en hidrología ha sido probada en varios estudios. Este trabajo implementa el FKD en una cuenca del Golfo de México para predecir caudales y evalúa dos funciones de respuesta: el hidrograma unitario instantáneo (HUI) y el modelo de tanque lineal (TL). Durante el análisis de 20 avenidas en 1987, se detectó una avenida extrema en septiembre, con un caudal de 271.6 m³/s. Los resultados mostraron que el HUI fue más preciso que el TL, especialmente en las avenidas. Dicho comportamiento se debe tanto a la naturaleza de las funciones de respuesta como a las ecuaciones del filtro de Kalman, que mejoran la estimación de errores y la representación de procesos estocásticos. En conclusión, el FKD con estas funciones es eficiente para la predicción de caudales.
Análisis de la variación espacio-temporal de los cuerpos de agua superficiales en el sector noroeste de la región Central de Cuba correspondiente a las escenas Landsat 14-44 y 14-45
El presente trabajo plantea como objetivo general analizar la variación espacio-temporal de los ecosistemas relacionados con el agua en el sector noroeste de la región Central de Cuba correspondiente a las escenas Landsat 14-44 y 14-45. La metodología realizada consistió en crear una base de datos con las imágenes de Landsat 5, 7 y 8 que abarque los quinquenios 2000-2004, 2005-2009 y 2010-2014. El procesamiento de las imágenes se efectuó en el programa QGIS, en el cual se confeccionaron combinaciones con diferentes bandas espectrales utilizadas en la identificación del agua y la humedad; se calcularon los índices espectrales (MNDWI y AWEIsh), y se hizo la clasificación supervisada a partir de la aplicación informática MultiSpecW64 para la posterior extracción de los cuerpos de agua superficiales. Se complementa la información con la cartografía preliminar realizada y el modelo digital de elevaciones. Como resultados, el índice espectral MNDWI y la clasificación supervisada demostraron ser herramientas efectivas para delimitar con precisión los cuerpos de agua superficiales y a partir del procedimiento señalado en el indicador 6.6.1 se obtuvo la variación espacio-temporal de los cuerpos de agua superficiales presentes en cada quinquenio establecido respecto a la línea base, donde el primero (2005-2009) indicó un aumento de 1.40 % y el segundo (2010-2014) presentó una tendencia decreciente de 4.55 %.
Sensibilidad de índices de sequía dependiendo de la longitud de registros climatológicos
Entre los diversos estimadores de sequía propuestos a nivel mundial no existe suficiente evaluación sobre cuál de ellos presenta menor incertidumbre al aplicarse en una región. Algunos índices han sido utilizados en territorios con geomorfología y regímenes climáticos específicos, así como con cierta disponibilidad de información meteorológica. Generalmente se cuenta con series cronológicas cortas de las variables meteorológicas requeridas y se desconoce el error de estimación de la sequía asociada con esa longitud de series. Este trabajo presenta un proceso facilitador de la evaluación de la sensibilidad de los índices de sequía meteorológica en función de la información disponible. La sensibilidad se clasificó como excelente, buena, regular y mala de acuerdo con el error de estimación de los índices confrontado con series sintéticas de mil años. Las series sintéticas fueron generadas a partir de las características de la muestra real y funciones de distribución normal y gamma. Se identificó en los resultados que los índices CPI, PNI, RDI, SPI, SPEI y ZI son poco sensibles a la longitud de registros meteorológicos. En particular, SPEI deja de ser sensible a partir de longitudes de registro de 10 años; CPI, PNI, RDI, SPI y ZI, a partir de 20 años. EDI fue más sensible a la longitud de las series y se requirieron registros mayores a 30 años para mejorar su certeza. Por último, la fiabilidad de los índices fue mayor para series sintéticas diarias de P, Tmax y Tmin generadas con la función de distribución normal, así como en zonas con mayores P anuales.
Variación espacio-temporal del uso de suelo y las inundaciones en el contexto de cambio climático
Las modificaciones en las variables climatológicas, en específico la precipitación en contexto de cambio climático, pueden repercutir en una variabilidad en la escorrentía de las cuencas. Esta variabilidad puede evaluarse mediante modelos hidráulicos de inundaciones, ya que consideran la distribución espacial y temporal del agua en la cuenca. Las inundaciones se estimaron a través de modelación hidráulica con el software Iber 2.6, donde se analizaron escenarios históricos y proyectados durante un periodo de 42 años. El análisis de cambio climático para el año 2027 fue proyectado mediante el escenario ECHAM-5 en su versión A2. Los resultados indicaron inundaciones importantes en las zonas montañosas (Y = 10.69 m y v = 21.08 m/s), especialmente donde se presentan cambios de cobertura vegetal, cambios de usos de suelo o asentamientos humanos. La validación se realizó por medio de información de campo y entrevistas, y se compararon los resultados obtenidos con el modelo contra las observaciones de la población. Los resultados se presentan en mapas donde se observan los tirantes y las velocidades correspondientes a cada zona de inundación. Este tipo de modelos puede utilizarse para evaluar la interacción de la cobertura vegetal, usos de suelo y asentamientos humanos con las inundaciones a fin de proponer medidas de gestión, restauración y/o mitigación contra este tipo de eventos. Dicha investigación tiene como objetivo caracterizar la variabilidad espacio-temporal de la escorrentía mediante modelación hidráulica (Iber) en el contexto del cambio climático para identificar zonas potenciales de inundación en la subcuenca de Santa Cruz de Aquismón, San Luis Potosí, México.
Rendimiento y productividad del agua en cultivos de invierno bajo riego deficitario
El riego deficitario es una estrategia para incrementar la productividad del agua especialmente en las zonas áridas y semiáridas. Con el objetivo de evaluar el efecto del riego deficitario (60, 80 y 100 de la evapotranspiración, ET) sobre el rendimiento y la productividad del agua en cultivos de invierno, se estableció un trabajo de campo, para lo cual se utilizó un diseño experimental de parcelas divididas en bloques al azar con cuatro repeticiones. Los porcentajes de ET corresponden a la parcela principal (60, 80 y 100 %) bajo un sistema de riego por goteo y un testigo con riego por inundación los cultivos de invierno: cebada (Hordeum vulgare L.); canola (Brassica napus L.); triticale (X Triticosecale Wittmack); avena (Avena sativa L.), y cártamo (Carthamus tinctorius L.) como subparcelas. Los resultados muestran que el rendimiento de biomasa de las especies y la productividad del agua (PA) dependen del riego deficitario. Con la ET de 80 y 100 % se obtuvieron los mayores rendimientos de forraje verde y seco en la cebada, triticale y avena, respectivamente. La mayor productividad del agua corresponde a los tratamientos con 60 y 80 % de ET (4 y 3.75 kg m-3). El riego deficitario con el 60 % de ET permite mantener el potencial forrajero y la productividad del agua en los cultivos de invierno.
Metodologías y estudios en torres de enfriamiento húmedas a contraflujo con enfoque en la reducción de las pérdidas de agua por evaporación y arrastre
El presente trabajo muestra una comparativa de estudios realizados a torres de enfriamiento húmedas a contraflujo para sintetizar aportes, estudios y metodologías que permitan dar un contexto reciente al estado actual de la investigación en este campo. Este trabajo parte desde los fundamentos básicos en torres de enfriamiento, sus secciones de estudio y problemáticas a resolver, con un enfoque hacia el consumo de agua en los procesos evaporativos por transferencia de calor en gotas de agua para calcular las pérdidas de agua por evaporación y arrastre. Se revisan y discuten los fundamentos de torres de enfriamiento y aplicaciones generales, los métodos comunes de investigación en torres de enfriamiento utilizados, con énfasis en las características particulares según el tipo de estudio, ya sea desde el punto de vista de diseño de la torre de enfriamiento, las características que afectan su funcionamiento o desempeño, los fundamentos de análisis energético, las sugerencias en la realización de estudios numéricos y simulaciones por CFD, además de su validación correspondiente mediante estudios experimentales. La información recopilada en este trabajo proporciona una visión general y simplifica los avances esenciales en la reducción de las pérdidas por evaporación y arrastre en torres de enfriamiento a contraflujo, las características y tendencias en el desarrollo de modelos matemáticos computacionales y recomendaciones para llevar a cabo estudios teóricos y experimentales para comprender más ampliamente los mecanismos de transferencia de calor y masa.
Balance hídrico en regiones cafeteras mediante el déficit de evaporación
La zonificación del área cafetera mexicana se realiza de forma geográfica, pero dada la diversidad climática de esta, dicha clasificación difícilmente capta la homogeneidad ambiental y no representa las condiciones adaptativas del cultivo. Con la evapotranspiración se pretende identificar la salida de humedad regional y, aunque es aceptada por la academia, es estimada y la calidad de la información generada depende de la capacidad predictiva del algoritmo o de la eficiencia del modelo empleados. Por ello, se propuso un indicador evaluativo del balance hídrico (BH) del área cafetera de Oaxaca, Puebla y Veracruz, con los periodos húmedos y secos definidos por su pluviosidad. Se colectaron datos mensuales de precipitación y evaporación del área estudiada (1921-2018), cuyo cociente se denominó “déficit de evaporación (DE)” (DE > 1.0: exceso, DE < 1.0: déficit). La estación húmeda (PH = junio: septiembre) y seca (PS = noviembre: abril) fueron delimitadas con PH; el mes más lluvioso anual se concretó con zonas con pluviosidad homogénea (PP6 = junio, PP7 = julio, PP8 = agosto, PP9 = septiembre); con el cálculo del DE y su modificación, el DEP1 (cociente del DE en PS vs. DE anual y su relación con el DE en enero) se delimitaron zonas con humedad homogénea, y se validó DEPH con la tendencia en PS y el cálculo del DE por mes y sitio específicos. DEP1 es un índice climático que detecta variaciones temporales y espaciales del BH de áreas cafeteras (R2 = 0.92), y contribuirá a gestionar los recursos hídricos y evaluar la adaptación ambiental del cultivo.
Monitoreo de cianobacterias como estrategia para el aseguramiento de la calidad del agua potable distribuida en el Área Metropolitana de San Salvador, El Salvador
El lago de Güija posee una superficie aproximada de 45 km2 y una profundidad máxima de 21 m en época seca; forma parte del complejo lagunar homónimo y su importancia como ecosistema fue reconocida en 2010 tras la obtención de su declaratoria como sitio Ramsar. Dada su ubicación geográfica, ejerce una influencia significativa en la calidad del agua de la cuenca alta del río Lempa, por lo que la vigilancia de las comunidades fitoplanctónicas y la relación de estas con diversos factores ambientales relacionados con sus proliferaciones es de suma importancia para garantizar la seguridad del agua y la salud pública de gran parte de los habitantes del Área Metropolitana de San Salvador (AMSS). En vista de lo anterior, desde febrero de 2021 hasta mayo de 2023 se realizaron muestreos mensuales en cinco puntos de monitoreo dentro del lago, y se determinó que en él las proliferaciones de cianobacterias están dominadas por los géneros Aphanizomenon, Cylindrospermopsis y Dolichospermum, los cuales se encuentran relacionados con el régimen de precipitación pluvial, altos valores de pH y la estratificación de la columna de agua, la cual ocurre entre abril y octubre de cada año.
Calculation of the blue water footprint in the pharmaceutical industry: Case of study for the production process of water for injections
Society and industry contribute directly and indirectly to the depletion and contamination of water resources. The water footprint is an indicator that measures the total volume of freshwater consumption, and direct or indirect contamination by producers or consumers. The methodology for its evaluation includes three types of footprints: blue, green, and gray. The first two express the volume of water consumed according to the source (aquifers or groundwater for the blue, and rainwater for the green), and the third is the volume contaminated in the production process. This article focused on the calculation of the Water Footprint for the production process of Water for Injections (WFI), in Ecar laboratories in Medellín, Colombia. A comparison is made between the previous conventional distillation system and the new thermocompression system. Additionally, a sensitivity analysis based on the influence of variation of the production efficiency of the new system on the blue water footprint, is presented. As conclusions, it was found that thanks to the reduction of water waste, there was a decrease of 76 % in the water footprint of the new system compared to the previous one. Besides, a higher sensitivity of the water footprint was found when smaller efficiencies of the thermocompression method were considered, evidencing the importance of performing periodical maintenance on the production equipment.
Implementación de un sistema de bombeo utilizando una turbina hidráulica sin consumo de energía eléctrica
Debido a la creciente demanda alimenticia en Colombia y el mundo es urgente mecanizar el campo e implementar nuevas tecnologías en el sector agrícola para mejorar la producción. El Centro Tecnológico de Ingeniería GEOMAAC implementó un sistema de bombeo con energía hidráulica en la finca La Esperanza (Rivera-Huila) para suplir la necesidad hídrica en épocas de estiaje. La bomba transporta 70 m³/día de agua a un reservorio a 32.32 metros de altura para su almacenamiento y distribución, lo que permite obtener suficiente forraje para la ganadería. Se compararon dos sistemas de bombeo: la bomba ZM Maxxi y una electrobomba convencional. Aunque la ZM Maxxi tiene un mayor costo de instalación, la electrobomba tiene un costo anual de consumo de energía eléctrica de 12 146 112 COP ($USD 2 958). El uso de la ZM Maxxi, que utiliza energía renovable, permite ahorrar este monto anualmente. Tras los estudios económicos y de diseño, se seleccionó la ZM Maxxi y se procedió a su instalación. La bomba entrega 68 570 litros de agua diarios, que benefician la parte alta de la finca y permiten recuperar la inversión a mediano plazo.
Potencial de riesgo a la salud por consumo de agua contaminada con cromo en Zimapán, Hidalgo, México
El presente estudio estimó el potencial de riesgo a la salud asociado con la ingesta crónica de cromo (Cr) en agua potable de Zimapán, Hidalgo. Se llevó a cabo el monitoreo de Cr previo y posterior al sistema de potabilización. Para estimar el potencial de riesgo a la salud por consumo de agua con Cr a nivel poblacional, se calculó la ingesta crónica diaria (CDI), el cociente de peligro (HQ), el riesgo de desarrollo de cáncer individual para toda la vida (LCRi) y la incidencia de cáncer (IC) por cada sector poblacional. Se detectó la presencia de Cr tanto en el monitoreo previo y posterior al sistema de potabilización, con una concentración de 0.1 mg/l. Los valores de HQ para los grupos poblacionales de niños, adolescentes y adultos mayores son mayores a 1, esto indica que 17 488 individuos ubicados en estos grupos poblacionales son susceptibles a desarrollar afectaciones a la salud no relacionadas con el cáncer. Asimismo, el LCRi asociado con la exposición a concentraciones de Cr reportadas estimó la probabilidad de desarrollo de cáncer individual en grupos susceptibles como niños, adolescentes y adultos mayores por la ingesta continua y prolongada de agua proveniente del sistema de potabilización.
Técnicas actuales de optimización de generación de energía en hidroturbinas: una revisión
Se abordan las técnicas de optimización para la generación de energía en hidroturbinas con un enfoque en algunos de los métodos metaheurísticos y el método de generación de entropía local. Entre los métodos metaheurísticos se incluyen los que se basan en las aplicaciones del algoritmo genético, el enjambre de partículas y recocido simulado, entre otros. Se discuten las ventajas y desventajas de cada método, y se analiza su rendimiento en diferentes estudios en contraste con el método de generación de entropía local con el objetivo de determinar cuál método resulta el más apropiado para su utilización en una metodología de diseño.
Evaluación de pesos de los factores del método DRASTIC en el acuífero del Valle Central de Cochabamba, Bolivia
En el valle central de Cochabamba se ha evaluado la vulnerabilidad a la contaminación de aguas subterráneas analizando los pesos de los factores del método DRASTIC, utilizando herramientas SIG. Se analizaron cuatro escenarios para identificar los factores más críticos y se evidencia que su influencia y vulnerabilidad varían según las características de la zona. Al noroeste se identificó vulnerabilidad de media alta a alta debido a sus condiciones favorables para la recarga. En la zona central-este, la vulnerabilidad es de baja a media baja, influenciada por una capa confinante que proporciona una protección natural al acuífero. La zona sur está influenciada por bajas pendientes, deposición de sedimentos finos y recarga baja. En las áreas urbanas se presenta vulnerabilidad de muy baja a baja. En cambio, en el extremo sur, la vulnerabilidad varía de media baja a media alta por las actividades agrícolas aledañas al río Rocha. De forma general, los parámetros más influyentes fueron la profundidad del agua subterránea (D), el impacto en la zona vadosa (I), la recarga (R), la geología del acuífero (A), la conductividad hidráulica (C) y el tipo de suelo (S), con pesos de 5, 5, 4, 3, 3 y 3, respectivamente, y en menor medida, la topografía (T), con un peso de 2. Se recomienda priorizar el noroeste y el extremo sur de la zona para elaborar estudios y planes de gestión participativos, así como aplicar el esquema propuesto en valles fluvio-lacustres.
Dinámica del sistema solar y sus posibles efectos en eventos meteorológicos extremos en México
La rotación de la Tierra es inconstante, el eje de dirección y la velocidad cambian con el tiempo, por lo que la duración del día (LOD) experimenta cambios de milisegundos; dicha velocidad influye en el clima terrestre. El objetivo del presente estudio fue determinar la existencia de las relaciones entre LOD, las alineaciones planetarias (AP) y el clima terrestre. La hipótesis fue que la ocurrencia de AP en las que interviene la Tierra influye en el comportamiento de LOD, ocasionando variaciones en el clima terrestre a escalas anual y mensual. La metodología consistió en el tratamiento de datos de LOD, velocidad del viento (VV) y precipitación de México del periodo 2000-2015; se realizaron sumas acumuladas de 61 días para definir variaciones en LOD, VV, precipitación y fuerza de gravedad resultante; se hicieron promedios móviles de 7, 15 y 29 días para suavizar gráficamente los resultados, que se compararon con la VV de eventos tropicales a escala global, con las AP (determinadas con el software CELESTIA), y con la precipitación en la república mexicana (1962-2015). Los resultados indicaron correspondencias: recíprocas entre LOD y la VV en eventos tropicales a nivel global e interanual; inversa entre AP con LOD (escala interanual) y con VV (escala interanual); homólogas entre AP y VV (escala anual), y entre AP con la precipitación en México. Este trabajo contribuye a la generación del conocimiento de la ciencia y al entendimiento de factores astronómicos que operan sobre el clima terrestre.
Demanda de agua para uso doméstico en Oaxaca, México
Oaxaca es una de las 32 entidades federativas de los Estados Unidos Mexicanos y cuenta con 570 municipios. La precipitación promedio para el estado de Oaxaca durante el periodo 1990-2023 fue de 1 372.3 milímetros. La entidad, para 2021, contaba con 1 125 892 viviendas particulares de las cuales 1 008 978 disponían de agua entubada, pero solo 793 915 se abastecían del servicio público. El objetivo de la investigación fue calcular la elasticidad-precio, la elasticidad-ingreso y la elasticidad-precipitación de la demanda de agua para uso doméstico; para ello, se estimó un modelo en su forma recíproca logarítmica por medio de mínimos cuadrados ordinarios; se estimó que la elasticidad-precio fue -0.467; la de ingreso, 0.0000002, y la de precipitación de 0.128, los cuales concuerdan, en términos generales, con estudios similares realizados para otras entidades federativas de México, para todo el país y para algunos países de habla hispana.
Modelling the impact of snowmelt in flows in the Mansfield Hollow Lake Watershed in Connecticut, USA
Storm runoff predictions are essential for minimizing flood hazards and increasing resilience to extreme weather events. In this study, an analysis was conducted to simulate snowmelt runoff in the Mansfield Hollow Lake Watershed, which is a tributary of the Thames River watershed in Connecticut, New England. The United States Army Corp of Engineers (USACE) model HEC-HMS was applied to simulate snowmelt runoff during the winter-spring of 2010 and 2019. The Mansfield Hollow Lake Watershed is composed of three main tributaries, namely the Fenton, Mount Hope, and Natchaug rivers. These runoff simulations and the watershed response to snowmelt are crucial for evaluating the potential impacts of watershed management decisions, particularly during high-flow periods. The HEC-HMS model was calibrated during the 2010 event and validated for the 2019 events. The study found that for the snow storms during 2010 and 2019 events, HEC-HMS model provided highly accurate predictions of snowmelt runoff with R-squared and, Nash-Sutcliffe correlation values exceeding 0.76. These findings highlight the efficacy of HEC-HMS model for simulating snowmelt runoff and demonstrate the utility of such model in predicting and managing flood risks. The results of this study provide valuable insights into the potential impacts of snowmelt runoff and will inform future watershed management decisions in the Mansfield Hollow Lake Watershed and similar regions.