avaluació del potencial de captació de recursos hídrics...
TRANSCRIPT
Doctorand: Sara Angrill Toledo
Bellaterra, 22 de
juny de 2010
PLUVISOST: Análisis ambiental del aprovechamiento de las aguas pluviales urbanas
Avaluació del Potencial de Captació de Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Investigadors principals:Dr Xavier Gabarrell Dr Joan Rieradevall Dr Maria Rosa Rovira Dr Diego Varga Dr Gara Villalba Ms Sc Tito Morales Ms Sc Violeta VargasMs Sc
Mohammad Hoque
ÍNDEX
1.
Presentació
2.
Projecte PLUVISOST
3.
Accions en curs
4.
Metodologia
5.
Altres projectes
Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis de baixa i alta densitat
1. PRESENTACIÓ
1. PRESENTACIÓ
Equip multidisciplinar: Enginyers químics, ambientòlegs, geògrafs,
enginyers agrònoms, arquitectes i dissenyadors industrials
Àrees d’investigació: Aplicades a sistemes industrials, urbans, agrícoles i de serveis
Eines: Anàlisi de Cicle de Vida (ACV), Ecodisseny, Eco-eficiència, Compra Verda,
Sostenibilitat
en sistemes agrícoles
Ecologia industrial, anàlisis de fluxos i de residus i sostenibilitat
en sistemes urbans
SOSTENIPRA: Grup d’investigació
en Sostenibilitat
i Prevenció
Ambiental adscrit
a la UAB
Centres:
-
Departament d’Enginyeria Química de la UAB
-
Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals (ICTA) de la UAB
-
Institut d’Investigació
i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)
-
Spin-off: Inèdit
2. PLUVISOST:Análisis ambiental del aprovechamiento
de las aguas pluviales urbanas
Investigador Principal:‐
Dr. Xavier Gabarrell
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB.
Equip d’investigació:‐ Dr. Joan Rieradevall
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB‐ Dr. Gara Villalba
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB‐ Dr. Maria Rosa Rovira
ICTA. Dept. Economia Empresa. UAB‐ Dr. Diego Varga
Universitat de Girona‐Mohammad Hoque
PIF. Dept. Enginyeria Química. UAB‐ Tito Morales Pinzón
Becari predoctoral. COLCIENCIAS‐ VioletaVargas
Becari predoctoral‐ Sara Angrill
Becari predoctoral. UAB
E.P.O:‐ Agència Catalana de l’Aigua ‐ Diputació
de Barcelona‐ Inèdit (Dr. Carles Martínez‐Gasol)
Col∙laboradors:‐
Dr. Alejandro Josa
Dept. Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica. UPC
2. PLUVISOSTMICINN. Ref. CTM2010-17365
Gener 2011-Desembre 2013
2. PLUVISOST
Objectius:‐
Quantificar el potencial quantitatiu i la qualitat dels recursos pluvials (fisicoquímica i biològica)
en funció
dels subsistemes urbans de captació.
‐
Adaptar i integrar eines d’anàlisi ambiental, com l’Análisi de cicle de vida (ACV) i l’exergètic, en
l’anàlisis dels recursos hídrics alternatius.
‐
Avaluar ambiental i econòmicament diferents estratègies de gestió
d’aigües pluvials a diferents
escales.
‐
Plantejar i analitzar quines són les noves i millors estratègies d’aprofitament d’aigües pluvials a
diverses escales
en entorns urbans.
‐
Comparar
ambiental i econòmicament l’aprofitament de pluvials amb les alternatives de
referència (dessalinització, regeneració).
‐
Proposar accions per optimitzar l’oferta hídrica local de pluvials i reduir la dependència hídrica
de les àrees urbanes.
MICINN. Ref. CTM2010-17365
2. PLUVISOST
Àmbit d’estudi:Lluvia
Superficies impermeables (1.cubiertas edificios, 2.viales rodamiento, 3.viales peatonales y espacios sin motorización, 4.aparcamientos)
Sistemas de acumulación
Usos no potables
energía
materiales
Escala VIVIENDA/EDIFICIO
Captación cubiertas edificio (1)
Captación generalizada
(1, 2, 3, 4)
Red de abastecimiento agua no potable
Red hacia estación de potabilización
Sistemas de acumulación
Usos no potables
Red de abastecimiento agua no potable
emisiones
Red de captación
Red de captación
Red de captación
Planta de potabilización Usos potables
Escala BARRIO/CIUDAD
A C DB
X Indica la estrategia (ver Tarea 2)
MICINN. Ref. CTM2010-17365
‐
Farreny
R, Gabarrell
X, Rieradevall
J (2011a) Cost�efficiency of Rainwater Harvesting Strategies in Dense Mediterranean Neighbourhoods. Resour
Conserv
Recycl. doi:10.1016/j.resconrec.2011.01.008 ‐
Farreny
R, Guisasola
A, Morales�Pinzón
T, Tayà
C, Rieradevall
J, Gabarrell
X (2011b) Roof selection for rainwater harvesting: quantity and
quality
assessment. Water Res. 10.1016/j.watres.2011.03.036.
MUNTATGE EXPERIMENTAL (Captació pluvials)
ANÀLISI QUALITAT
Registre de:• pluviometria• període anterior sec• vents predominants
MOSTRES D’AIGUA
PLUVIÒMETRE
VENT
ESTACIÓ
METEO
ANÀLISI QUANTITAT
TEULADAINCLINACIÓ
DIPÒSIT
PRECIPITACIONS
ESCOLAMENT
VOLUM ESCOLAMENT
2. PLUVISOSTACCIONS REALITZADES
10
Teulades campus UAB
TEULA ÀRAB
METÀL·LICA PLÀSTICA
PLANA GRAVA
Bellaterra (Catalunya)
2. PLUVISOSTACCIONS REALITZADES
QUANTITAT•
Cobertes planes rugoses: major abstracció
inicial (3,8mm)
•
Cobertes inclinades: fins 50% més d’escolament (RC>0,9)
QUALITAT•
Qualitat físico-química de l’aigua de pluja és, en general, bona.
•
Diferències significatives entre teulades: millor inclinades i llises.
DISSENY URBÀ I PLANEJAMENT•
Planejament urbanístic pot incorporar rugositat i inclinació
teulades per:
–
Optimitzar captació pluvials (inclinades llises)
–
Reduir risc inundacions (planes rugoses)
2. PLUVISOSTACCIONS REALITZADES
3. ACCIONS EN CURS
3. Objectius2. Justificació3. ACCIONS EN CURS
amb l’objectiu de:
Determinar el COEFICIENT D’ESCOLAMENT (RC) de cada superfície i determinar la captació
potencial d’aigua pluvial de cada subsistema.
Avaluar
la
QUALITAT
de
l’aigua
de
pluja
recollida
en
funció
de
la
superfície
per
la
que
transita.
Estudiar els potencials
subsistemes d’aprofitament d’aigua de pluja
en 7 superfícies urbanes de diferents característiques (vials de vianants, vials rodats i aparcaments)
3. ACCIONS EN CURS
Superficies d’estudi:
3 Vials de vianants i espais públics sense motorització
2 Aparcaments sense coberta
2 Vials amb rodament
Asfalt Formigó Llamborda
o panot
Asfalt Formigó
Asfalt Formigó
Muntatge experimental de recollida de mostres:
En cada subsistema objecte d’estudi s’instal∙larà
un sistema de captació
d’aigües pluvials, un tanc
d’emmagatzematge, un sistema de recollida de mostres i un pluviòmetre
(Fig).
Fig. Exemple
de muntatge
per
a cadascuna
de les superficies
L’objectiu
és
recollir
l’aigua
de
pluja
d’una
superfície petita (20 – 50 m2) i delimitada per
a
determinar
la
quantitat
recollida
i
la
qualitat
d’aquesta aigua.
El període de mostreig serà
de 12 mesos per a
cada subsistema
i el nombre d’episodis de
pluja a analitzar hauria de ser de 15 per punt
de mostreig.
3. ACCIONS EN CURS
Figura 1.
Localització
de les potencials superfícies d’estudi dins la Universitat Autònoma de Barcelona, enumerades
d’acord amb la el codi de la Taula 2.
1
5
2
3
7
6
1
5
Després de fer una visita a les instal∙lacions del campus de la UAB es proposen 13 superfícies
de recollida a escollir d’entre les indicades a la Figura 1 i a la Taula 1. Està
pendent de valorar la viabilitat tècnica de la instal∙lació
i muntatge dels equips de
mostreig
per tal d’escollir les 7 superfícies més viables.
Taula 1.
Selecció
i descripció
de les potencials superfícies d’estudi en la Universitat Autònoma de Barcelona.
CODI TIPUS DESCRIPCIÓ SUPERFÍCIE (m2)VIALS PER VIANANTS I ESPAIS PÚBLICS SENSE MOTORITZACIÓ
1 Asfalt Zona de vianants (Plaça cívica) 54,01
2 Formigó Vorera per vianants (SAF)
3 Panot Sortida d’emergències (CVC)
VIALS AMB RODAMENT4a
Asfalt
Vial (Cases Sert)
4b Vial (pàrquing Bombers)
4c Carretera (accés Vila)4d Vial (FFCG‐Vila)
5 Formigó Entrada pàrquing (Vila2) 142,71
APARCAMENTS SENSE COBERTA
6 Asfalt Pàrquing (C. Comunicació)
7 Formigó Pàrquing (Fac. Ciències)
Superfície
en operació
actualment
Superfície seleccionada
en curs d’instal·lació
Superfície sota
valoració
Punt
mostreig
instal·lat
a UAB
1Ubicació: Zona de vianants, plaça
Cívica.Material: Asfalt
2Ubicació: Vorera
per
vianants, SAF.Material: Formigó
3Ubicació: Sortida
d’emergències, CVC.Material: Panot
Punt
mostreig
instal·lat
a UAB
5Ubicació: Entrada pàrquing, Vila2.Material: Formigó
6Ubicació: Pàrquing, C. Comunicació.Material: Asfalt
7Ubicació: Pàrquing, Fac. de Ciències.Material: Formigó
4. METODOLOGIA
3. Metodologia2. Justificació
VIALS DE VIANANTS
APARCAMIENTS SENSE COBERTA
VIALS AMB RODAMENT
Subsistemes d’estudi
ACV
Objectius i abast de l’estudi
Anàlisi de l’inventari
Anàlisi de l’impacte
Interpretació
4.1 Diagrama metodològic
Determinació qualitativa i quantitativa
4. METODOLOGIA
L’ACV
permet
avaluar
tots
els
impactes
ambientals
associats
a
un
producte,
un
procés
o
una
activitat
mitjançant
la
comptabilitat
i
l’avaluació
del
consum
de
recursos
i
emissions
associades
a
una
unitat
funcional definida
ACV: ISO 14040:2006
Software: SimaPro
7.2
Base de dades: Ecoinvent
2.1
Mètode: CML baseline
2001
POTENCIAL CAPTACIÓ
QUANTITAT QUALITAT
US 1
Pluviometria
PROVA PILOT
Punts de mostreig
Equips derecollida
REVISIÓBIBLIOGRÀFICA
POTENCIAL D’AUTOSUFICIENCIA
US 2 US 3
ANÀLISI
Runoff Coefficient
Superficie
Demanda NO potable
Volum excedents US 4 US 5
ANÀLISI QUANTITAT•
Model de regressió
lineal
escolament – precipitacions
•
Estimació
abstracció inicial de cada teulada
•
Estimació
coeficient d’escolament en les condicions locals
ANÀLISI QUALITAT•
Anàlisis físicoquímics de mostres integrades (conductivitat, pH, SST, TOC, fosfats, nitrats, nitrits, amoni, clorurs, sulfats, carbonats)
•
Tractament estadístic (estadística descriptiva, anàlisis de correlació
i variança)
SST: Sòlids
en Suspensió
Totals, TOC: Carboni
orgànic
total
Paràmetres fisico-químics Paràmetres biològics
pH Aerobis totals (22 i 37 ºC)
Conductivitat Bacteris coliformes totals
Carboni orgànic/ inorgànic / total Bacteris coliformes fecals
Anàlisi d’ions (cromatografia iònica) Enterococus
Nitrats, nitrits, amoni, nitrògen i fòsfor total Clostridium sp
Sòlids totals/en suspensió Pseudomonas aeruginosa
Taula. Paràmetres de qualitat de l’aigua a analitzar en les mostres
3. Metodologia2. Justificació4.2 Anàlisi
quantitatiu
i qualitatiu
4. METODOLOGIA
5. ALTRES PROJECTES5.1 Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis de baixa i alta
densitat
3. Objectius
8/28
2. Justificació3. OBJECTIUS
Plantejar diferents escenaris d’aprofitament d’aigua de pluja en funció de la densitat urbana i la gestió
de les infraestructures, aplicables a regions
amb climatologia mediterrània.
Quantificar l’impacte ambiental de les infraestructures d’aprofitament de pluvials per mitjà
de l’ACV.
Identificar quina és l’estratègia ambientalment més favorable en els diferents escenaris urbans de captació
plantejats i per a cada model de ciutat.
5.1 Aprofitament
de pluvials en barris
mediterranis
de
baixa
i alta densitat
Objectius
3. Metodologia2. Justificació
4.1 Unitat funcional
La unitat funcional (UF) correspon a la recollida, emmagatzematge i subministrament d’un metre cúbic d’aigua de pluja proveït per persona i any per ser utilitzat com a aigua no potable per una demanda constant de bugaderia.
4.2 Descripció del sistema
Integra les infraestructures necessàries per a l’aprofitament de l’aigua de pluja en edificis d’obra nova.
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
Metodologia
3.1 UF
11/28
3. Metodologia2. Justificació
Variable densitat urbana:
Variable infraestructures: Segons l’escala i ubicació
del dipòsit
Baixa
densitat
(BD) Alta densitat
(AD)
1) Dipòsit
subterrani2) Dipòsitcoberta
3) Dipòsitaljub
4) Dipòsitilla
Baixa densitat Alta densitatBD1 BD2 BD3 BD4 AD1 AD2 AD3 AD4
Escala de la infraestructura edifici edifici edifici illa edifici edifici edifici illa
Ubicació del dipòsit subterrani coberta aljub subterrani subterrani coberta aljub subterrani
S’han plantejat un total de 8 escenaris definits en funció
de:
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
3.1 Sistema d’estudi
12/28
3.1 UF3. Metodologia2. Justificació
1: Dipòsit
subterrani
2: Dipòsit
coberta3: Dipòsit
aljub
4: Dipòsit
illa
Subsistemes d’estudi:
•• Canaló
i baixant• Canonades
de recollida
CAPTACIÓCAPTACIÓ
• Dipòsit
d’emmagatzematge
EMMAGATZEMATGEEMMAGATZEMATGE
•• Bomba • Canonades
de subministrament
DISTRIBUCIÓDISTRIBUCIÓ
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
3.1 Eines de càlcul
14/28
3.1 UF3. Metodologia2. Justificació
Eines de càlcul ambiental•
ACV: Considera tot el cicle de vida de les infraestructures d’aigües pluvials pels diferents escenaris proposats incloent les següents etapes per a cada subsistema* (ISO 14040:2006):
•
Software: SimaPro
7.2.0 + EcoConcrete
LCA tool•
Fases de l’avaluació d’impactes realitzades: Classificació
i caracterització
(CML 2001 Baseline).
•
Bases de dades: ecoinvent
2.0 i Metabase
ITeC
2009
•
Categories d’impacte:
Categories d'impacte Acrònim UnitatsEsgotament
dels
recursos abiòtics ADP Kg
Sb eq. Acidificació AP Kg
SO2
eq. Eutrofització EP Kg
PO4-2
eq. Potencial d'escalfament
global GWP Kg
CO2
eq. Potencial de toxicitat
humana HTP Kg
1,4-DB eq. Potencial de destrucció
de l'ozó
estratosfèric ODP Kg
CFC-11 eq. Oxidació
fotoquímica POCP Kg
C2
H4
eq.
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
24/28
Les infraestructures ambientalment òptimes, independentment de la densitat urbana, plantegen:
•
Ubicació
del dipòsit en coberta•
Integració
d’un disseny tipus aljub
La incorporació
de l’opció
constructiva més favorable en la projecció de noves zones residencials proporciona un estalvi ambiental significatiu en les emissions de CO2.
La implementació
d’infraestructures de pluvials en:
•
Ciutat difosa: Permet una autosuficiència hídrica gairebé total per la demanda de bugaderia i uns excedents d’aigua en el sistema.
•
Ciutat compacta: Proporciona impactes ambientals unitaris menors, però es caracteritza per un dèficit hídric major
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
Resultats
25/28
En el planejament urbà cal tenir en compte el disseny d’infraestructures de pluvials mitjançant criteris ambientals, ajustant-lo als usos potencials a que l’aigua és destinada.
No fer-ho pot ocasionar impactes a posteriori en la rehabilitació
de l’edifici entre 1,5 i 4,4 vegades majors per baixa i alta densitat, respectivament.
3. OBJECTIUS5.1 Aprofitament
de pluvials
en barris
mediterranis
de baixa
i alta densitat
Línea de investigación SosteniPrAGRÀCIES
Bellaterra, 22 de
juny de 2010
Avaluació del Potencial de Captació de Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Doctorand: Sara Angrill Toledo
Investigadors principals:Dr Xavier Gabarrell Dr Joan Rieradevall Dr Maria Rosa Rovira Dr Diego Varga Dr Gara Villalba Ms Sc Tito Morales Ms Sc Violeta VargasMs Sc
Mohammad Hoque