Assessment of rainfall influence over water quality at the effluent of an urban catchment by high Temporal resolution measurements
Authors:   , Sandoval Arenas Santiago 
Published: July 2022

El presente estudio se trazó como objetivo establecer la influencia de la lluvia sobre la calidad del agua en el efluente de una cuenca urbana mediante el uso de medición en alta resolución temporal. Los parámetros de calidad y cantidad de agua en el efluente de la cuenca urbana estudiada (Gibraltar: Bogotá, Colombia) se midieron mediante captores con tecnología uni-paramétrica, espectrometría UV-VIS (en cuanto a calidad) y medición ultrasónica (en cuanto a cantidad). Los registros de lluvia se efectuaron a través de tres estaciones de lluvia (Fontibon, Bosa y Casablanca) en proximidades de la cuenca urbana estudiada. Mediante el uso de técnicas de procesamiento de señales y análisis de series de tiempo (filtro de medianas, Step Detection y funciones de autocorrelación-ACF-), se propuso una metodología orientada a identificar aquellos periodos durante los cuales un parámetro dado de calidad o cantidad de agua se encuentra fluctuando por fuera de su comportamiento típico durante el tiempo seco. Mediante un Análisis de Componentes Principales (PCA) se estableció de manera preliminar qué parámetros de calidad y cantidad de agua explican en mayor medida las diferencias entre la variabilidad de tiempo seco y tiempo de lluvia. Los parámetros más explicativos medidos a través de captores con tecnología uni-paramétrica y ultrasónica fueron: (i) oxígeno disuelto (OD), (ii) el caudal, (iii) el potencial de oxidación reducción (ORP), (iv) la turbiedad y los sólidos suspendidos totales (SST). El pH y la temperatura mostraron no ser diferentes para tiempo seco o tiempo de lluvia. En cuanto a la espectrometría UV-VIS, los valores de absorbancia registrados en las longitudes de onda borde del rango UV-VIS (200 nm a 750 nm) mostraron explicar en mayor medida las diferencias en variabilidad entre tiempo seco y tiempo de lluvia, que aquellas longitudes de onda más cercanas al centro del rango UV-VIS (e.g. 400 nm). Se aplicó la metodología propuesta a las series de tiempo de parámetros explicativos (del PCA), registradas durante días lluviosos. Se obtuvo una delimitación temporal de diferentes eventos lluviosos, la cual mostró una consistencia apropiada. Utilizando dichos eventos, se implementaron métricas de asociación (Pearson s Correlation Test, Average Mutual Information, Linear Models and Partial Least Squares Model) entre estadísticos de la lluvia y la calidad y cantidad de agua (e.g. media, desviación estándar, entropía y duración), con el fin de detectar relaciones recurrentes entre la lluvia (de tres estaciones) y la calidad y cantidad de agua. Se obtuvieron los siguientes resultados: (i) la turbiedad parece estar relacionada con la duración de los eventos de lluvia y con la altura promedio de agua precipitada, (ii) el OD parece estar asociado con el volumen total de agua precipitada y con la entropía de los pulsos de lluvia, (iii) el caudal se encontró relacionado con la altura media de agua precipitada, la desviación estándar de las alturas de agua precipitadas y con la intensidad promedio del evento, (iv) los SST parecen estar ligados con características de la lluvia tales como la duración del evento, la altura de lluvia promedio, la desviación estándar de las alturas de lluvia y con la memoria de la lluvia (medida a través de la AFC de la lluvia, durante un evento), (v) el ORP parece estar relacionado con características de la lluvia como la duración, el periodo seco antecedente, el volumen total de lluvia, la entropía de la lluvia y la desviación estándar de las alturas de lluvia, durante un evento lluvioso. La lluvia registrada en la estación de Bosa parece estar más correlacionada con características de calidad y cantidad de agua, que para el caso de las estaciones de Fontibón y Casablanca. Preliminarmente, las principales fuentes de variabilidad entre la influencia espacial de una estación de lluvia sobre las diferentes sub cuencas son: (i) la distancia a la estación de lluvia, (ii) la variabilidad de las pendientes de las tuberías, (iii) el porcentaje de uso industrial, (iv) la pendiente promedio de las tuberías y (v) la variabilidad de las longitudes de tuberías.