Fase C

ANÁLISIS FÍSICO Y NUMÉRICO PARA EL MODELADO INTEGRAL DE DISPERSIÓN DEL VERTIDO.

En esta fase se llevarán a cabo ensayos específicos en laboratorio para determinar los flujos difusivos verticales y los coeficientes de partición entre el sedimento y el agua. Además, se efectuarán campañas de campo para obtener medidas de las sustancias contaminantes seleccionadas tanto en el agua como los sedimentos, con el fin de calibrar y validar la herramienta numérica 3D que se desarrollará con base en el modelo SOLTOX. Una vez calibrada dicha herramienta, se analizarán una serie de escenarios (año, húmedo, medio y seco) que permitirán calcular las distribuciones temporales y espaciales de las sustancias contaminantes en el estuario y, en consecuencia, valorar el efecto de la variación de las condiciones ambientales sobre la dispersión del vertido. Finalmente, a partir de dichos resultados se planteará una metodología que permita establecer de forma secuencial la extensión de las zonas de riesgo ambiental, información considerada fundamental para la delimitación de las zonas de mezcla legislativas establecidas en la Directiva 2008/105/CE o su transposición al derecho español mediante  el RD 60/2011.

Tarea C1. Análisis experimental de los procesos de intercambio con el sedimento.

Esta tarea consiste en investigar los procesos de intercambio entre la columna de agua y los sedimentos del fondo mediante la realización de una campaña de campo en un estuario somero y el posterior desarrollo de experimentos de laboratorio.

 

Subtarea C1.1. Diseño y ejecución de campaña de campo

Se diseñará y desarrollará una campaña de campo específica que conduzca a la obtención de datos que pongan de manifiesto el contenido de metales pesados tanto en la columna de agua como en los sedimentos del fondo del estuario, las características granulométricas de los sedimentos y los valores de las principales variables ambientales (temperatura, salinidad, pH, conductividad, turbidez, etc.) de la zona de estudio. Todo ello permitirá proveer información más precisa a la herramienta numérica que se desarrollará, además de resultar imprescindible para poder llevar a cabo su adecuada calibración. Cabe comentar que uno de los grandes retos que debe afrontar esta campaña es la adecuada caracterización del estado basal de los sedimentos.

 

Puesto que el modelo de dispersión se acoplará al modelo hidrodinámico, la campaña de campo considerará también la obtención de la información hidrodinámica correspondiente (velocidad y turbidez/sólidos en suspensión en continuo mediante dispositivos ADCP y OBS, respectivamente). A partir de esta información, será posible el establecimiento de los parámetros sedimentarios de la zona de estudio.

 

Subtarea C1.2. Diseño y ejecución de ensayos de laboratorio

Esta tarea consiste en llevar a cabo ensayos específicos (obtención de la isoterma de adsorción del sistema mediante experimentación batch) que permitan conocer las constantes características de los sistemas analizados en términos de la relación que guardan las concentraciones de cada metal pesado en fase disuelta y en fase particulada, así como en la capacidad de difusión desde el lecho bentónico hacia la columna de agua y viceversa. Asimismo, estos experimentos permitirán establecer la dependencia de estas constantes frente a las variaciones de salinidad y pH.

 

Subtarea C1.3. Análisis de resultados

Una vez obtenidos los resultados experimentales, tanto de la campaña de campo, como de los ensayos de laboratorio, será posible llevar a cabo un análisis conjunto de la información. Dicho análisis permitirá determinar, con mayor nivel de precisión, algunos parámetros tales como: las tensiones de erosión y sedimentación, las fracciones disuelta y particulada, el valor del coeficiente de partición y el coeficiente de difusión de la sustancia contaminante analizada. La introducción de estas constantes específicas en el modelo que se desarrollará constituye una mejora significativa en términos de la capacidad de predicción de la herramienta numérica.

 

Tarea C2. Programación de una herramienta numérica 3D para la integración de los procesos de transporte. Calibración y validación.

En esta Tarea se adaptará un modelo de dispersión de sustancias prioritarias y preferentes incrementando su resolución espacial e integrando el efecto de la mezcla inicial del vertido. Para llevar a cabo esta tarea, es preciso contar con tres elementos fundamentales: i) la herramienta de modelado del campo cercano generada, ii) una herramienta hidrodinámica capaz de analizar las condiciones ambientales del estuario y, iii) los resultados experimentales de la tarea precedente.

 

Subtarea C2.1. Adaptación del código numérico SOLTOX

Se implementará la función tridimensional con base en el modelo bidimensional SOLTOX, de tal forma que el modelo resultante será capaz de simular el proceso de sedimentación que experimenta la fracción particulada en función de una tasa de sedimentación que depende, además de la propia velocidad de sedimentación, de la concentración de sólidos en suspensión, así como de las tensiones del lecho y de sedimentación. Esta herramienta considerará, como fuentes de contaminantes, además de aquellos contenidos en fuentes externas al sistema (vertidos), los contaminantes que ingresan en la columna de agua debido a procesos difusivos agua-sedimento y los provenientes de los sedimentos que se resuspenden debido a procesos de erosión.

 

Subtarea C2.2. Calibración y validación de la herramienta numérica 3D de dispersión

La calibración y validación del modelo desarrollado requerirá de la generación de las condiciones hidrodinámicas coincidentes con aquéllas que rigieron durante la ejecución de la campaña de campo. Posteriormente, se calibrarán los parámetros propios de la dinámica sedimentaria tomando en consideración la influencia de las distintas variables ambientales analizadas. Finalmente, los resultados numéricos de la herramienta numérica se contrastarán con los datos adquiridos en dicha campaña.

 

 

Tarea C3. Evaluación de la influencia de la dinámica estuarina en la dispersión del vertido. Implicaciones para el cálculo de la zona de mezcla.

Una vez adaptada y validada la herramienta tridimensional, ésta se empleará para llevar a cabo el modelado en continuo de la dispersión del vertido considerado durante un año seco, uno medio y uno húmedo en la zona de estudio. Para ello, se alimentará al modelo con las condiciones ambientales proporcionadas por la simulación en continuo de la hidrodinámica del estuario. A partir de los resultados obtenidos con la herramienta tridimensional de transporte se efectuará un análisis de sensibilidad de todos los parámetros claves del modelo con el fin de comprender cuáles son los procesos más relevantes en la dispersión del vertido. Posteriormente, se calcularán las funciones de distribución de la concentración en la columna de agua y el sedimento para conocer el efecto de la descarga continuada del vertido.

Finalmente, se estudiaran las implicaciones técnicas y legales existentes para el cálculo de la zona de mezcla con base en toda la información recopilada y los resultados del análisis estadístico (análisis de sensibilidad y funciones de distribución) para, en una segunda etapa, elaborar un procedimiento de integración, dentro del protocolo de delimitación de las zonas de mezcla ambiental generado en el proyecto VERTITOX, de la variabilidad de las condiciones ambientales del estuario.