Las aguas pluviales , también conocidas como aguas pluviales , son aguas que se originan en la lluvia, incluida la nieve y el hielo derretido . Las aguas pluviales pueden penetrar en el suelo (infiltrarse), almacenarse en la superficie de la tierra en estanques y charcos, evaporarse o contribuir a la escorrentía superficial . La mayor parte de la escorrentía se transporta directamente a arroyos, ríos u otros cuerpos de agua cercanos ( agua superficial ) sin tratamiento.
En paisajes naturales, como los bosques, el suelo absorbe gran parte de las aguas pluviales. Las plantas también reducen las aguas pluviales mejorando la infiltración, interceptando la precipitación a medida que cae y absorbiendo agua a través de sus raíces. En entornos desarrollados, las aguas pluviales no gestionadas pueden crear dos problemas importantes: uno relacionado con el volumen y el momento de la escorrentía ( inundaciones ) y el otro relacionado con los posibles contaminantes que transporta el agua ( contaminación del agua ).
Las aguas pluviales también son un recurso importante a medida que crece la población humana y la demanda de agua, particularmente en climas áridos y propensos a la sequía. Las técnicas de captación y purificación de aguas pluviales podrían hacer que algunos entornos urbanos sean autosuficientes en términos de agua.
Contaminación de aguas pluviales
Con menos vegetación y más superficies impermeables ( estacionamientos , carreteras , edificios , suelo compactado ), áreas desarrolladas permiten menos lluvia que se infiltran en el suelo, y más escorrentía se genera que en la condición sin desarrollar. Además, los medios de transporte tales como zanjas y alcantarillas pluviales transportan rápidamente la escorrentía de las áreas comerciales y residenciales a los cuerpos de agua cercanos. Esto aumenta enormemente el volumen de agua en las vías fluviales y la descarga de esas vías fluviales, lo que provoca erosión e inundaciones. Debido a que el agua sale de la cuenca durante el evento de tormenta, poco se infiltra en el suelo, repone el agua subterránea o suministra el flujo base del arroyo en tiempo seco. [1]
Una primera descarga es la escorrentía inicial de una tormenta. Durante esta fase, el agua contaminada que ingresa a los desagües pluviales en áreas con altas proporciones de superficies impermeables suele estar más concentrada en comparación con el resto de la tormenta. En consecuencia, estas altas concentraciones de escorrentía urbana dan como resultado altos niveles de contaminantes que se descargan de las alcantarillas pluviales a las aguas superficiales . [2] [3] : 216
Las actividades humanas diarias dan como resultado la deposición de contaminantes en carreteras , céspedes , techos , campos agrícolas y otras superficies terrestres. Dichos contaminantes incluyen basura, sedimentos, nutrientes, bacterias, pesticidas, metales y subproductos del petróleo. [4] Cuando llueve o hay riego , el agua se escurre y finalmente llega a un río , lago o al océano . Si bien existe cierta atenuación de estos contaminantes antes de ingresar a las aguas receptoras, la escorrentía contaminada da como resultado cantidades suficientemente grandes de contaminantes como para perjudicar las aguas receptoras. [5]
La escorrentía de aguas pluviales como fuente de contaminación
Además de los contaminantes transportados por la escorrentía de aguas pluviales , la escorrentía urbana está siendo reconocida como una causa de contaminación por derecho propio. En las cuencas hidrográficas naturales, la escorrentía superficial que ingresa a las vías fluviales es un evento relativamente raro, que ocurre solo unas pocas veces al año y generalmente después de tormentas más grandes. Antes de que ocurriera el desarrollo, la mayoría de las precipitaciones penetraban en el suelo y contribuían a la recarga del agua subterránea o eran recicladas a la atmósfera por la vegetación a través de la evapotranspiración .
Los sistemas de drenaje modernos, que recolectan la escorrentía de superficies impermeables (por ejemplo, techos y caminos), aseguran que el agua sea transportada de manera eficiente a las vías fluviales a través de redes de tuberías, lo que significa que incluso las tormentas pequeñas dan como resultado un aumento de los flujos fluviales.
Además de generar mayores contaminantes de la cuenca de captación urbana, el aumento del flujo de aguas pluviales puede provocar la erosión de los arroyos , fomentar la invasión de malezas y alterar los regímenes de flujo natural. Las especies nativas a menudo dependen de estos regímenes de flujo para el desove, el desarrollo juvenil y la migración. Se ha observado que la escorrentía de aguas pluviales de las carreteras contiene muchos metales, incluidos zinc (Zn), cadmio (Cd), cobre (Cu), níquel (Ni), plomo (Pb), cromo (Cr), manganeso (Mn), hierro (Fe ), vanadio (V), cobalto (Co) y aluminio (Al) (Sansalone y Buchberger, 1997; Westerlund y Viklander, 2006) [ cita completa necesaria ] y otros componentes
En algunas áreas, especialmente a lo largo de la costa de los Estados Unidos, la escorrentía contaminada de caminos y carreteras puede ser la mayor fuente de contaminación del agua. Por ejemplo, alrededor del 75 por ciento de los productos químicos tóxicos que llegan a Seattle , Puget Sound de Washington son transportados por aguas pluviales que se escurren por caminos pavimentados y entradas de vehículos, tejados, patios y otras tierras urbanizadas. [6]
Para los pozos de inyección de aguas pluviales Clase V [7], la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. Informa que “los contaminantes que se han observado por encima de los estándares de agua potable o los límites de advertencia de salud en los pozos de drenaje de aguas pluviales inyectados son aluminio, antimonio, arsénico, berilio, cadmio, cloruro, cromo , color, cobre, cianuro, hierro, plomo, manganeso, mercurio, níquel, nitrato, pH, selenio, TDS, turbidez, zinc, benceno, benzo (a) pireno, ftalato de bis (2-etilhexilo), clordano, diclorometano, fecal coliformes, metil-terc-butil-éter, pentaclorofenol, tetracloroetileno y tricloroetileno ". [8] El Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) informa que “muchos de los contaminantes normalmente asociados con la escorrentía de las carreteras de la nación tienen el potencial de tener efectos biológicos. ... Los contaminantes de escorrentía de carreteras de interés particular en todo Estados Unidos incluyen descongelantes, nutrientes, metales, químicos industriales / orgánicos urbanos, sedimentos y químicos agrícolas de fuentes industriales, comerciales, residenciales, agrícolas y de carreteras ”. [9] : 3 Además del problema de los contaminantes químicos en las aguas pluviales, este informe del USGS también identifica problemas de alteración del hábitat físico que las Mejores Prácticas de Manejo (BMP) no eliminan, “Algunos de los cambios biológicos más sustanciales causados por el desarrollo son directamente o indirectamente relacionado con la hidrología alterada. A pesar de los esfuerzos por utilizar las BMP para atenuar los efectos hidrológicos del desarrollo, el aumento de los caudales máximos y la escorrentía más llamativa causarán modificaciones físicas en la forma del canal, el sustrato del lecho y los bancos de las aguas receptoras, con los correspondientes efectos sobre el hábitat acuático y la biota. La pérdida del dosel del bosque, el aumento del área pavimentada y las áreas de detención poco profundas y (o) fangosas también pueden causar problemas de contaminación térmica, que pueden exacerbar los factores de estrés químico en los organismos acuáticos en las aguas receptoras ". [9] : 6 El Congreso de los EE. UU. Prohíbe que los pozos de aguas pluviales de Clase V sean autorizados por permiso o por regla cuando pongan en peligro las fuentes de agua potable. [10]
Inundaciones urbanas
Las aguas pluviales son una de las principales causas de inundaciones urbanas . Las inundaciones urbanas son la inundación de terrenos o propiedades en un entorno edificado causada por aguas pluviales que abruman la capacidad de los sistemas de drenaje , como las alcantarillas pluviales . Aunque desencadenadas por eventos únicos como inundaciones repentinas o deshielo , las inundaciones urbanas son una condición, caracterizada por sus impactos repetitivos, costosos y sistémicos en las comunidades. En áreas susceptibles a inundaciones urbanas, se pueden instalar válvulas de remanso y otra infraestructura para mitigar las pérdidas.
Cuando las propiedades se construyen con sótanos , las inundaciones urbanas son la causa principal de los atascos en el sótano y el alcantarillado. Aunque el número de víctimas de las inundaciones urbanas suele ser limitado, las consecuencias económicas, sociales y ambientales pueden ser considerables: además de los daños directos a la propiedad y la infraestructura ( carreteras , servicios públicos y servicios), las casas húmedas crónicas están relacionadas con un aumento de la frecuencia respiratoria. problemas y otras enfermedades. [11] Los reflujos de alcantarillado a menudo provienen del sistema de alcantarillado sanitario, que absorbe algo de agua de lluvia como resultado de la infiltración / afluencia .
Las inundaciones urbanas tienen importantes implicaciones económicas. En los EE. UU., Los expertos de la industria estiman que los sótanos húmedos pueden reducir el valor de las propiedades entre un 10 y un 25 por ciento y se citan entre las principales razones para no comprar una casa. [12] Según la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias, casi el 40 por ciento de las pequeñas empresas nunca vuelven a abrir sus puertas después de una inundación. [13] En el Reino Unido, se estima que las inundaciones urbanas cuestan £ 270 millones al año (en 2007) en Inglaterra y Gales ; 80.000 hogares están en riesgo. [14]
Un estudio del condado de Cook, Illinois , identificó 177,000 reclamos de seguros por daños a la propiedad realizados en el 96 por ciento de los códigos postales del condado durante un período de cinco años desde 2007 hasta 2011. Esto es el equivalente a una de cada seis propiedades en el condado que presentan un reclamo. Los pagos promedio por reclamo fueron de $ 3,733 en todos los tipos de reclamos, con reclamos totales que ascendieron a $ 660 millones durante los cinco años examinados. [15]
Un ejemplo de un proyecto de control de inundaciones urbanas es Brays Bayou Greenway Framework en Houston, Texas . Brays Bayou y sus afluentes drenan una cuenca de aproximadamente 88,000 acres al sur del centro de Houston. El proyecto de mejora financiado con fondos federales creó una solución a corto plazo al mejorar la capacidad de drenaje del pantano e identificó un amplio conjunto de oportunidades potenciales de recreación y espacios abiertos a lo largo de las 35 millas del pantano y sus afluentes. [dieciséis]
Creación de aguas pluviales de hundimientos de sumideros
Un ejemplo de aguas pluviales urbanas que han provocado el colapso de un sumidero es el colapso de Dishman Lane el 25 de febrero de 2002 en Bowling Green, Kentucky, donde un sumidero dejó caer repentinamente la carretera debajo de cuatro vehículos en movimiento. La reparación de nueve meses del colapso de Dishman Lane costó un millón de dólares, pero existe la posibilidad de problemas futuros. [17]
En áreas no perturbadas con drenaje natural del subsuelo ( kárstico ), el suelo y los fragmentos de roca obstruyen las aberturas kársticas, lo que constituye una autolimitación para el crecimiento de las aberturas. [18] : 189-190, 196 El sistema de drenaje kárstico inalterado se equilibra con el clima para que pueda drenar el agua producida por la mayoría de las tormentas. Sin embargo, surgen problemas cuando el paisaje se ve alterado por el desarrollo urbano. [19] : 28 En áreas urbanas con drenaje subterráneo natural ( karst ) no hay corrientes superficiales para el aumento de las aguas pluviales de superficies impermeables como techos, estacionamientos y calles hacia las que se escurra. En cambio, el agua de lluvia ingresa al sistema de drenaje subterráneo al moverse hacia abajo a través del suelo. Cuando el flujo de agua subterránea se vuelve lo suficientemente grande como para transportar suelo y fragmentos de roca, las aberturas kársticas crecen rápidamente. [18] : 190 Donde las aberturas kársticas están cubiertas con piedra caliza de apoyo ( competente ), con frecuencia no hay advertencia en la superficie de que una abertura ha crecido tanto que colapsará repentinamente catastróficamente. [18] : 198 Por lo tanto, la planificación del uso de la tierra para nuevos desarrollos debe evitar las áreas kársticas. [19] : 37–38 En última instancia, los contribuyentes terminan pagando los costos de las malas decisiones sobre el uso de la tierra.
Gestión de aguas pluviales
La gestión de la cantidad y calidad de las aguas pluviales se denomina "Gestión de las aguas pluviales". [20] El término Mejores prácticas de gestión (BMP) o medida de control de aguas pluviales (SCM) se utiliza a menudo para referirse a dispositivos y sistemas de control estructurales o de ingeniería (por ejemplo, estanques de retención ) para tratar o almacenar aguas pluviales contaminadas, así como operaciones o procedimientos. prácticas (por ejemplo, barrido de calles). [21] La gestión de las aguas pluviales incluye aspectos tanto técnicos como institucionales. [22]
Aspectos técnicos
- control de inundaciones y erosión;
- control de materiales peligrosos para evitar la liberación de contaminantes al medio ambiente (control de fuentes);
- planificación y construcción de sistemas de aguas pluviales para eliminar los contaminantes antes de que contaminen las aguas superficiales o los recursos subterráneos;
- adquisición y protección de vías fluviales naturales o rehabilitación;
- construir soluciones basadas en la naturaleza como estanques, cunetas , humedales construidos o soluciones de infraestructura verde para trabajar con estructuras de drenaje existentes o "duras", como tuberías y canales de concreto (los humedales construidos construidos para el tratamiento de aguas pluviales también pueden servir como hábitat para plantas, anfibios y pescado)
Aspectos institucionales y de política
- desarrollo de enfoques de financiamiento para programas de aguas pluviales que potencialmente incluyen tarifas de usuarios de aguas pluviales y la creación de un servicio público de aguas pluviales;
- desarrollo de programas de gestión de activos a largo plazo para reparar y reemplazar la infraestructura obsoleta;
- revisión de las regulaciones actuales de aguas pluviales para abordar las necesidades integrales de aguas pluviales;
- mejora y cumplimiento de las ordenanzas existentes para asegurarse de que los propietarios consideren los efectos de las aguas pluviales antes, durante y después del desarrollo de sus tierras;
- educación de una comunidad sobre cómo sus acciones afectan la calidad del agua y qué puede hacer para mejorar la calidad del agua.
Gestión integral del agua
La gestión integrada del agua (IWM) de las aguas pluviales tiene el potencial de abordar muchos de los problemas que afectan la salud de las vías fluviales y los desafíos del suministro de agua que enfrenta la ciudad urbana moderna. La IWM se asocia a menudo con la infraestructura verde cuando se considera en el proceso de diseño. Profesionales en sus respectivos campos, tales como urbanistas , arquitectos , arquitectos paisajistas , diseñadores de interiores , y los ingenieros , a menudo consideran que la gestión integrada del agua como base del proceso de diseño.
También conocido como desarrollo de bajo impacto (LID) [23] en los Estados Unidos , o Diseño Urbano Sensible al Agua (WSUD) [24] en Australia , IWM tiene el potencial de mejorar la calidad de la escorrentía, reducir el riesgo y el impacto de las inundaciones y ofrecer un recurso hídrico adicional para aumentar el suministro de agua potable.
El desarrollo de la ciudad moderna a menudo resulta en una mayor demanda de suministro de agua debido al crecimiento de la población, mientras que, al mismo tiempo, la escorrentía alterada predicha por el cambio climático tiene el potencial de aumentar el volumen de aguas pluviales que pueden contribuir a problemas de drenaje e inundaciones. IWM ofrece varias técnicas, incluida la recolección de aguas pluviales (para reducir la cantidad de agua que puede causar inundaciones), infiltración (para restaurar la recarga natural del agua subterránea), biofiltración o biorretención (por ejemplo, jardines de lluvia ), para almacenar y tratar la escorrentía y liberarla. a una tasa controlada para reducir el impacto en los arroyos y los tratamientos de los humedales (para almacenar y controlar las tasas de escorrentía y proporcionar hábitat en áreas urbanas).
Hay muchas formas de lograr LID. El más popular es incorporar soluciones basadas en tierra para reducir la escorrentía de aguas pluviales mediante el uso de estanques de retención, bioswales , zanjas de infiltración, pavimentos sostenibles (como pavimentos permeables ) y otros mencionados anteriormente. La LID también se puede lograr mediante la utilización de productos fabricados y diseñados para lograr resultados similares, o potencialmente mejores, a los sistemas terrestres (tanques de almacenamiento subterráneos, sistemas de tratamiento de aguas pluviales, biofiltros , etc.). La solución LID adecuada es aquella que equilibra los resultados deseados (control de la escorrentía y la contaminación) con los costos asociados (pérdida de tierra utilizable para sistemas terrestres versus costo de capital de la solución fabricada). Los techos verdes (con vegetación) también son otra solución de bajo costo.
El IWM como movimiento puede considerarse en su infancia y reúne elementos de la ciencia del drenaje, la ecología y la comprensión de que las soluciones de drenaje tradicionales transfieren los problemas aguas abajo en detrimento del medio ambiente y los recursos hídricos.
Normativas
Estados Unidos
Requisitos federales
En los Estados Unidos , la Agencia de Protección Ambiental (EPA) está encargada de regular las aguas pluviales de conformidad con la Ley de Agua Limpia (CWA). [25] El objetivo de la CWA es restaurar todas las "aguas de los Estados Unidos" a sus condiciones de "pesca" y "natación". Las descargas de fuentes puntuales, que se originan principalmente de aguas residuales municipales ( alcantarillado ) y descargas de aguas residuales industriales, han sido reguladas desde la promulgación de la CWA en 1972. Las cargas contaminantes de estas fuentes están estrictamente controladas mediante la emisión de permisos del Sistema Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes ( NPDES ) . Sin embargo, a pesar de estos controles, miles de cuerpos de agua en los EE. UU. Permanecen clasificados como "deteriorados", lo que significa que contienen contaminantes en niveles más altos de los que la EPA considera seguros para los usos beneficiosos previstos del agua. Gran parte de este deterioro se debe a la escorrentía contaminada, generalmente en las cuencas hidrográficas urbanizadas (en otras cuencas hidrográficas de EE. UU., La contaminación agrícola es una fuente importante). [26] : 15
Para abordar el problema nacional de la contaminación de las aguas pluviales, el Congreso amplió la definición de la CWA de "fuente puntual" en 1987 para incluir descargas de aguas pluviales industriales y sistemas municipales de alcantarillado pluvial separados ("MS4"). Estas instalaciones están obligadas a obtener permisos NPDES. [27] En 2017, alrededor de 855 grandes sistemas municipales (que atienden a poblaciones de 100.000 o más) y 6.695 pequeños sistemas están regulados por el sistema de permisos. [28]
Requisitos estatales y locales
La EPA ha autorizado a 47 estados a emitir permisos NPDES. [29] Además de implementar los requisitos del NPDES, muchos estados y gobiernos locales han promulgado sus propias leyes y ordenanzas de manejo de aguas pluviales, y algunos han publicado manuales de diseño de tratamiento de aguas pluviales. [20] [30] Algunos de estos requisitos estatales y locales han ampliado la cobertura más allá de los requisitos federales. Por ejemplo, el estado de Maryland requiere controles de erosión y sedimentos en sitios de construcción de 5,000 pies cuadrados (460 m 2 ) o más. [31] No es raro que las agencias estatales revisen sus requisitos y los impongan a los condados y ciudades; Se pueden imponer multas diarias de hasta $ 25,000 por no modificar sus permisos de aguas pluviales locales para los sitios de construcción, por ejemplo.
Gestión de la contaminación de fuentes difusas
La escorrentía agrícola (a excepción de las operaciones concentradas de alimentación animal, o " CAFO ") se clasifica como contaminación de fuente difusa según la CWA. No está incluido en la definición de CWA de "fuente puntual" y, por lo tanto, no está sujeto a los requisitos de permisos del NPDES. Las enmiendas de la CWA de 1987 establecieron un programa no reglamentario en la EPA para el manejo de la contaminación de fuentes difusas que consiste en proyectos de investigación y demostración. [32] Los programas relacionados los lleva a cabo el Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos .
Campañas de educación pública
La educación es un componente clave de la gestión de las aguas pluviales. Varias agencias y organizaciones han lanzado campañas para informar al público sobre la contaminación de las aguas pluviales y cómo pueden contribuir a solucionarla. Miles de gobiernos locales en los EE. UU. Han desarrollado programas de educación como lo requieren sus permisos de aguas pluviales NPDES. [33]
Un ejemplo de un programa educativo local es el del West Michigan Environmental Action Council (WMEAC), que ha acuñado el término Hydrofilth para describir la contaminación de las aguas pluviales, [34] como parte de su campaña "15 to the River". (Durante una tormenta de lluvia, la escorrentía contaminada en Grand Rapids, Michigan puede tardar solo 15 minutos en llegar al Grand River ). [35] Sus actividades de alcance incluyen un programa de distribución de barriles de lluvia y materiales para los propietarios de viviendas sobre la instalación de jardines de lluvia . [36]
Otras campañas de educación pública destacan la importancia de la infraestructura verde para frenar y tratar la escorrentía de aguas pluviales. La administración de aguas pluviales del condado de DuPage lanzó el programa "Love Blue. Live Green". campaña de divulgación en sitios de redes sociales para educar al público sobre la infraestructura verde y otras mejores prácticas de gestión para la escorrentía de aguas pluviales. [37] Los artículos, sitios web, fotografías, videos y otros medios se difunden al público a través de esta campaña.
Historia
Desde que los humanos comenzaron a vivir en aldeas concentradas o en entornos urbanos, la escorrentía de aguas pluviales ha sido un problema. Durante la Edad del Bronce , la vivienda tomó una forma más concentrada y las superficies impermeables surgieron como un factor en el diseño de los primeros asentamientos humanos . Algunas de las primeras incorporaciones de la ingeniería de aguas pluviales se evidencian en la Antigua Grecia . [38]
Un ejemplo específico de un diseño de sistema de escorrentía de aguas pluviales temprano se encuentra en la recuperación arqueológica en Minoan Phaistos en Creta . [39]
Ver también
- Programa nacional de escorrentía urbana (programa de investigación de EE. UU.)
- Desbordamiento de alcantarillado sanitario
- Modelo estocástico empírico de carga y dilución
Referencias
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enlaces externos
- Aguas pluviales en Curlie
- Programa de permisos para aguas pluviales de la EPA
- Modelo de aguas pluviales Modelo de dilución y carga estocástico empírico de USGS (SELDM)
- Modelo de aguas pluviales Modelo USEPA de gestión de aguas pluviales (SWMM)
- Base de datos internacional de mejores prácticas de gestión de aguas pluviales (BMP)
- Página de YouTube de aguas pluviales