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11.6: Manejo Sustentable de Aguas Pluviales

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    81345
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    Objetivos de aprendizaje

    Después de leer este módulo, los estudiantes deben ser capaces de

    • describir cómo la escorrentía de aguas pluviales afecta la calidad del agua en cuencas urbanas
    • explicar cómo se manejan actualmente las aguas pluviales en Estados Unidos
    • analizar algunas de las técnicas convencionales e innovadoras que se han desarrollado para abordar el agua
    • contaminación y riesgos de inundación asociados a la escorrentía de aguas pluviales urbanas

    Este módulo revisa algunos de los temas complejos del manejo de las aguas pluviales urbanas. Primero examina los problemas hidrológicos que afectan la descarga de la escorrentía de aguas pluviales a nuestros ríos y arroyos urbanos, y luego brinda una visión general de cómo se manejan las aguas pluviales urbanas bajo la Ley de Agua Limpia. Después de describir los enfoques convencionales para el manejo de aguas pluviales urbanas, la sección final ofrece una visión general de diversas estrategias “sustentables”, especialmente el uso de “infraestructura verde”, que pueden considerarse para reducir la contaminación del agua y los riesgos de inundación generados por la escorrentía urbana de aguas pluviales.

    El Contexto Hidrológico Aguas pluviales urbanas

    La escorrentía de aguas pluviales (o flujo terrestre) es la porción de precipitación que llega al suelo que no se infiltra en los suelos, no es captada y transpirada por las plantas, ni se evapora a la atmósfera. Es un componente especialmente importante del ciclo hidrológico en las zonas urbanas, ya que puede ocasionar riesgos tanto de contaminación como de inundación a las vías fluviales cercanas y a sus comunidades adyacentes. También hay que señalar que muchos de los modelos actuales de cambio climático global predicen cambios en el ciclo hidrológico en el futuro. Predicen muchas tormentas más severas probablemente en partes del Medio Oeste como resultado del aumento de la humedad y la energía en la atmósfera durante el próximo siglo debido a concentraciones cada vez más altas de gases de efecto invernadero. Es probable que las frecuencias más altas de tormentas más severas aumenten aún más los riesgos de contaminación e inundaciones que plantea la escorrentía de aguas pluviales, especialmente en áreas urbanas (USGCRP, 2009).

    Las estrategias actuales para manejar estos riesgos emplean el concepto de cuenca hidrográfica, las variaciones en la topografía natural que hacen que tanto las aguas superficiales como las aguas subterráneas superficiales fluyan cuesta abajo hacia áreas bajas o puntos de descarga, generalmente hacia un arroyo o río. Los límites de las cuencas hidrográficas se definen topográficamente mediante el mapeo de variaciones en las elevaciones del suelo alrededor de las vías fluviales que crean divisiones hidrológicas entre cuencas adyacentes y entre subcuencas. La cantidad de aguas pluviales que termina como escorrentía dentro de una cuenca no sólo depende de la intensidad y cantidad de precipitación que llega al suelo en forma de lluvia o nieve, sino también de las características de la propia cuenca. Las agencias estatales y federales de protección ambiental han desarrollado una serie de sofisticados modelos de simulación hidrológica que permiten la cantidad y características de la escorrentía de aguas pluviales (en términos de su volumen y la carga contaminante que sería transportada por las aguas pluviales a los ríos y arroyos dentro del cuenca hidrográfica) a pronosticar. Lo pronostican con base en estimaciones históricas de la cantidad de precipitación que ingresa a la cuenca, las características del terreno y los suelos de una cuenca, la cantidad y ubicación de las superficies impermeables asociadas al desarrollo de la cuenca, y la extensión y tipos de cobertura del suelo dentro del Área de drenaje de cuencas hidrográficas (NRC 2008, Apéndice D). Un cambio en cualquiera de estos factores afectará la cantidad y extensión de las inundaciones y la contaminación del agua atribuible a la descarga de escorrentía de aguas pluviales en un río o arroyo.

    Dado que el patrón de precipitación varía estacionalmente, la contaminación del agua y los riesgos de inundación que plantea la escorrentía de las aguas pluviales también tienden a variar estacionalmente. Generalmente, mayores riesgos de inundación y contaminación ocurrirán en la primavera, cuando el deshielo rápido puede generar mucho volumen de escorrentía (especialmente si el suelo aún está congelado), que puede transportar los contaminantes que se han acumulado dentro de la capa de nieve durante los meses de invierno a arroyos y ríos cercanos. También puede haber inundaciones relacionadas con la tormenta y “picos” de contaminación cuando fuertes lluvias golpean el suelo a un ritmo más rápido de lo que puede infiltrarse en los suelos, o cuando se evita que se infiltre en los suelos mediante techos, pavimentos u otras superficies impermeables. Este volumen inicialmente alto de escorrentía de aguas pluviales puede transportar mayores cantidades de contaminantes, un proceso que a menudo se describe como el fenómeno de “primera descarga”. Por lo general, la primera media pulgada de aguas pluviales llevará la mayor carga de contaminación, por lo que su captura y manejo se convierte en una prioridad para la protección de la calidad del agua.

    Cómo algunas de estas características, especialmente la cantidad de superficie impermeable asociada a diferentes densidades de desarrollo, afectan la generación de escorrentía urbana se ilustran en la Figura Grados de Impermeabilidad y sus Efectos sobre el Escurrimiento de Aguas Pluviales. Una investigación realizada por el Centro de Protección de Cuencas Hidrográficas ha encontrado que la calidad del arroyo se ve afectada cuando el 10% de la cuenca del arroyo es impermeable y que la ecología de un arroyo urbano se ve severamente afectada cuando más del 25% de su cuenca hidrográfica es impermeable.

    Grados de impermeabilidad y sus efectos en la escorrentía de aguas pluviales
    Figura\(\PageIndex{1}\) Grados de Impermeabilidad y sus Efectos en el Escurrimiento de Aguas Pluviales. Estas cuatro imágenes muestran una cantidad creciente de escorrentía de aguas pluviales a medida que el área se desarrolla con superficies más impermeables. Fuente: Restauración del corredor en corriente: principios, procesos y prácticas (10/98) Por el Grupo de Trabajo Federal Interagencial de Restauración de Corrientes (FISRWG) (15 agencias federales de Estados Unidos)

    Cuando fluye cuesta abajo dentro de una cuenca, la escorrentía de aguas pluviales puede recoger contaminantes de diversas fuentes y actividades antropogénicas. También puede recolectar contaminantes de la deposición atmosférica de partículas y contaminantes del aire transportados a la superficie terrestre por precipitación, por polvo soplado por el viento o simplemente por sedimentación de la atmósfera. La escorrentía urbana también puede disolver o transportar productos químicos que pueden encontrarse naturalmente en el suelo o nutrientes que pueden haber sido agregados deliberadamente al césped. Los contaminantes urbanos comunes pueden incluir cosas como pesticidas y fertilizantes aplicados a céspedes residenciales, parques y campos de golf, microbios entéricos de desechos animales, productos químicos industriales que pueden haberse derramado accidentalmente en el suelo o almacenados incorrectamente, o aceites y grasas que se filtran de automóviles estacionados en lotes o en calzadas.

    A medida que la escorrentía de aguas pluviales fluye hacia las zonas más bajas de la cuenca, transporta estos contaminantes con ella y por lo tanto contribuye a la contaminación del arroyo, río o lago en el que se está descargando. Una vez que llega a un río o arroyo, las concentraciones de contaminantes en las aguas receptoras se reducen de forma natural ya que los contaminantes son transportados aguas abajo de sus fuentes, en gran parte por dilución pero también por asentamiento, por absorción por exposición a la luz solar y oxígeno, y por interacciones con diversos químicos y proplantes físicos y animales (incluyendo bacterias y otros microorganismos), a través de la degradación por excesos que ocurren dentro de la vía fluvial y su cauce.

    Regulando la escorrentía urbana

    Los riesgos de contaminación del agua dentro de las cuencas hidrográficas se manejan bajo la Ley Federal de Agua Limpia, que requiere que las agencias estatales de protección ambiental regulen la descarga de contaminantes en vías fluviales navegables y cuerpos de agua de conformidad con los lineamientos federales (NRC, 2008). La Ley de Agua Limpia emplea estándares de concentración máxima para contaminantes comunes que pueden afectar las funciones recreativas o ecológicas de un río o arroyo. Una clase de contaminadores regulados por la Ley de Agua Limpia consiste en aquellos que están descargando directamente contaminantes a una vía fluvial desde una industria o planta de tratamiento de aguas residuales a través de una tubería, zanja, desembocadura o alcantarilla —estas se denominan fuentes puntuales.

    Las fuentes puntualesse manejan bajo la Ley de Agua Limpia por el requisito de que cada fuente directa cuente con un permiso de descarga renovable, denominado permiso del Sistema Nacional de Eliminación de Descarga de Contaminación (NPDES). Los permisos NPDES establecen límites para los diversos contaminantes que se descargan por esa fuente en función de la calidad del agua ambiental de la vía fluvial y su uso propuesto (por ejemplo, su uso como fuente pública de suministro de agua, o para la pesca, o uso recreativo). La otra clase regulada de contaminadores manejados bajo la Ley de Agua Limpia consiste en aquellas fuentes que introducen contaminantes en una vía fluvial a través del flujo terrestre o subsuperficial, estas se denominan fuentes no puntuales, e incluyen la mayoría de las cargas de contaminación del agua transportadas por la escorrentía de aguas pluviales urbanas.

    Desde la década de 1970, el principal enfoque utilizado por las agencias estatales y federales de protección ambiental para controlar la contaminación del agua es intentar simplemente reducir la cantidad de contaminantes que se liberan en nuestros ríos y arroyos (NRC, 2008). NPDES permite controlar la descarga directa de contaminantes en nuestras vías fluviales, mientras que las fuentes no puntuales se manejan a través de las Mejores Prácticas de Manejo (BMP) que están diseñadas para limitar la cantidad de contaminantes liberados a una cuenca, donde posteriormente podrían ser transportados por escorrentía de aguas pluviales o por flujo de agua subterránea a un arroyo o río receptor. Dependiendo del contaminante de preocupación, las BMP podrían ser tan simples como exigir a los dueños de mascotas que limpien después de sus mascotas o tan complejas como exigir que las industrias que utilizan materiales tóxicos diseñen, construyan y administren áreas de carga y almacenamiento para evitar que los materiales derramados sean transportados fuera del sitio por aguas pluviales o aguas subterráneas. Las BMP pueden incluso incluir alentar a algunas industrias a cambiar sus procesos de producción con el fin de reducir la cantidad total de materiales tóxicos que utilizan, una estrategia de reducción de contaminantes conocida como prevención de la contaminación (ya que cuantos menos tóxicos se utilicen, menor será el riesgo de que se liberen inadvertidamente en el ambiente).

    La estrategia de simplemente reducir la cantidad de contaminantes que ingresan al ambiente se complica por el hecho de que muchos de los contaminantes no puntuales no son susceptibles de manejo a través de BMP locales. Por ejemplo, las actividades agrícolas están expresamente exentas de la Ley de Agua Limpia, a pesar de que el escurrimiento de aguas pluviales de granjas y corrales de alimentación animal puede transportar productos químicos agrícolas, fertilizantes y estiércol a las vías fluviales adyacentes, junto con la capa superior del suelo de campos recién arados. Los contaminantes también podrían introducirse en una cuenca urbana mediante la deposición de contaminantes del aire. Las partículas transportadas por el aire, por ejemplo, pueden ser transportadas a distancias muy largas por el viento, lo que hace que la mayoría de las BMP administradas localmente (excepto posiblemente instituir programas regulares de barrido de calles) sean ineficaces para reducir la distribución y las cantidades de este tipo de contaminantes de aguas pluviales urbanas.

    Ante estos retos, se modificó la Ley de Agua Limpia para exigir a los organismos estatales de protección ambiental que calculen los presupuestos de contaminación para los segmentos deteriorados de sus arroyos y ríos. Los “segmentos deteriorados” fueron aquellos alcances de un arroyo o río que no cumplían con los estándares de calidad del agua para sus usos previstos. Se utilizaron modelos para calcular la “carga máxima diaria total” (TMDL) de contaminantes que ingresan a la vía fluvial a través de fuentes puntuales y no puntuales que permitirían a los segmentos de arroyos lograr su mayor uso propuesto. El nuevo programa TMDL de la Ley de Agua Limpia proporciona un marco más sofisticado para evaluar los impactos de la contaminación no puntual en la calidad del agua. Sin embargo, dadas las limitaciones de intentar implementar más y mejores BMP, las agencias de protección ambiental han comenzado a reenfocar parte de su atención, desde reducir la cantidad total de contaminantes que se liberan dentro de una cuenca hidrográfica hasta reducir también la cantidad de escorrentía de aguas pluviales.

    Las agencias de protección ambiental han desarrollado estrategias para el manejo de aguas pluviales urbanas que implican modificar un sitio de desarrollo para que se retenga más precipitación en el sitio en lugar de fluir fuera de él hacia vías fluviales o cuerpos de agua cercanos. Estas estrategias de retención de aguas pluviales inicialmente enfatizaron soluciones de ingeniería tradicionales, como la instalación de un sistema de recolección de aguas pluviales que almacena temporalmente las aguas pluviales en el sitio para reducir la tasa y cantidad de aguas pluviales que se liberan a una vía fluvial. Posteriormente se ampliaron las estrategias para incluir diversas modificaciones del sitio, como la construcción de franjas amortiguadoras vegetadas o pantaladas (zanjas), con el fin de incentivar que más aguas pluviales se infiltren en el suelo.

    Reducir el volumen de aguas pluviales urbanas que salen de un sitio como escorrentía también ofrece un beneficio hidrológico adicional en las cuencas hidrográficas urbanas, lo que reduce los riesgos de inundación (NRC 2008). Además de tener el potencial de transportar contaminantes, la descarga de escorrentía de aguas pluviales aumenta la cantidad de agua que ingresa a un lago, arroyo o río, aumentando tanto el volumen de agua como la velocidad de flujo de la vía fluvial. Una cantidad relativamente grande de escorrentía de aguas pluviales que ingresa a una vía fluvial en un tiempo relativamente corto puede elevar rápidamente los niveles de agua de un arroyo más allá de sus orillas, causando inundaciones que podrían amenazar el desarrollo adyacente. La contribución de aguas pluviales a un río o arroyo también puede aumentar la velocidad del flujo del arroyo, causando una mayor erosión de canales y bancos, socavando o dañando diques, diques y otras estructuras de control de agua, y fregando el arroyo o lecho del río. La erosión del borde del arroyo o del lecho de agua puede afectar la calidad del agua al aumentar la nubosidad (o turbidez) de la vía fluvial, lo que también puede dañar los hábitats acuáticos y ribereños.

    Los riesgos de inundación inducidos por aguas pluviales son manejados por el

    Ley Nacional de Seguro contra Inundaciones, donde se utilizan modelos hidrológicos (ajustados por eventos históricos de inundaciones) para pronosticar las posibles inundaciones causadas por una tormenta de 100 años (una tormenta que tiene una probabilidad del uno por ciento de ocurrir en un año determinado). La Ley obliga a las instituciones financieras a exigir a los propietarios de viviendas dentro de las planicies aluviales designadas a 100 años a adquirir un seguro contra inundaciones para obtener una hipoteca, con el gobierno federal subsidiando las primas del seguro si la comunidad adopta un programa de manejo de inundaciones que restringe el desarrollo de áreas peligrosas e instituir cambios en el código de construcción para disminuir los daños causados por inundaciones.

    Al evaluar los riesgos de inundación, es importante darse cuenta de que el manejo del volumen y la tasa de aguas pluviales urbanas que se descargan de áreas desarrolladas no afecta la cantidad total de aguas pluviales que se están descargando a un río o arroyo dentro de una cuenca hidrográfica, solo afectan el momento en que se produce una tormenta la precipitación será descargada a la vía fluvial (NRC, 2008). Tanto las formas convencionales como las nuevas, más sostenibles, de manejo de las aguas pluviales que se analizan a continuación buscan retrasar el tiempo que tarda la escorrentía de aguas pluviales en llegar a una vía fluvial para reducir los niveles de agua y las velocidades de flujo de los arroyos receptores después de una tormenta. La desaceleración de la tasa por la que las aguas pluviales están siendo aportadas a un arroyo extiende el pico de los niveles de inundación resultantes durante un período de tiempo más largo, permitiendo que muchos riesgos de inundación se reduzcan sustancialmente.

    Manejo de Aguas Pluviales Convencionales

    Las aguas pluviales urbanas se manejan tradicionalmente mediante la construcción de instalaciones de aguas pluviales diseñadas, como alcantarillas pluviales y cuencas de detención, como parte del proceso de desarrollo del suelo. Estos procesos de ingeniería están diseñados específicamente para modificar la hidrología natural de un sitio. Por ejemplo, cuando se están desarrollando terrenos, la parcela generalmente se gradúa para su desarrollo y se instala infraestructura de aguas pluviales para canalizar las aguas pluviales de lotes individuales a un sistema de alcantarillado de aguas pluviales separado conectado a una cuenca de detención donde se retiene hasta que pueda ser descargada fuera del sitio. La preparación del sitio también incluye elevar los sitios de construcción para que se construyan sobre “almohadillas” ligeramente elevadas para alentar que las aguas pluviales fluyan lejos de los cimientos de los edificios y hacia las calles. Después de llegar a la calle, las aguas pluviales son dirigidas a las alcantarillas pluviales por bordillos y canalones.

    Los centros convencionales de detención de aguas pluviales se construyeron históricamente para reducir los riesgos de inundación fuera del sitio y no estaban diseñados expresamente para reducir los riesgos de contaminación del agua fuera del sitio. Cualquier detención de aguas pluviales que se proporcionara era solo temporal, a menudo proporcionaba un tiempo de retención insuficiente para permitir la atenuación natural de cualquier contaminante transportado por la escorrentía a la cuenca de detención, a diferencia de los procesos de atenuación natural que ocurren en un río o humedal ribereño (donde los niveles de contaminación ambiental se reducen gradualmente a través de dilución, oxidación, unión química a rocas y suelos, siendo engullidos por microorganismos, etc.). Las aguas pluviales suelen ser detenidas en el lugar después de una tormenta solo por un período de horas o, como máximo, días y luego liberadas a una vía fluvial. Algunos de los contaminantes particulados en la escorrentía almacenada podrían asentarse si son lo suficientemente grandes o pesados como para hacerlo durante ese corto tiempo, algunos podrían infiltrarse en los suelos en el fondo de la cuenca de detención, y algunos contaminantes podrían ser captados por el pasto que recubre la cuenca, pero muchos contaminantes aún terminan siendo transportados a la vía fluvial junto con las aguas pluviales liberadas.

    Desde la década de 1990, las agencias de protección ambiental han comenzado a considerar los impactos de contaminación del agua de las liberaciones de los centros de detención de aguas pluviales, luego de que se enmendara la Ley de Agua Limpia para exigir a los estados que traten las descargas de aguas pluviales de las cuencas de detención como un tipo de fuente directa y exigir que el se introduzcan gradualmente permisos para descargas de los Sistemas de Alcantarillado de Aguas Pluviales Municipales Separadas (“MS4") en ciudades y áreas urbanas por encima de ciertos umbrales de población (NRC, 2008). Los permisos NPDES emitidos bajo el programa MS4 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) de Estados Unidos ahora requieren que las cargas de contaminación del agua de las descargas de las cuencas de detención de aguas pluviales sean evaluadas a través de la creación y adopción de planes locales de manejo de aguas pluviales y que los contaminantes transportados por el la escorrentía de aguas pluviales a las cuencas para su posterior relanzamiento a una vía fluvial sea mejor manejada y reducida a través de la adopción de BMP locales. Las regulaciones de permisos MS4 emitidas por agencias estatales de protección ambiental generalmente implican la emisión de un “permiso general” por parte de la agencia, aplicándose a todos los Sistemas de Alcantarillado Municipal Separado de Aguas Pluviales aplicables ubicados dentro de las áreas urbanas designadas por el estado

    Sistemas de alcantarillado pluvial ubicados dentro de las áreas urbanas designadas por el Estado

    Un conjunto diferente de problemas de manejo de aguas pluviales surgen en áreas urbanas más antiguas que ya están desarrolladas. La mayoría de las ciudades y suburbios más antiguos de Estados Unidos, especialmente los establecidos a finales del siglo XIX y principios del XX, no tienen sistemas de alcantarillado municipal separado de aguas pluviales. En cambio, tienen lo que se conoce como sistemas combinados de alcantarillado —alcantarillas que transportan tanto la escorrentía de aguas pluviales de calles pavimentadas como las aguas residuales (aguas residuales) de hogares, tiendas y fábricas. Estas alcantarillas combinadas transportan las aguas residuales mixtas y pluviales a las plantas de tratamiento de aguas residuales municipales donde se trata las aguas residuales diluidas y luego se descargan a una vía fluvial bajo un permiso NPDES (NRC, 2008).

    Los problemas de calidad del agua surgen cuando las tormentas de lluvia depositan más precipitaciones en la ciudad de las que puede manejar la planta de tratamiento de aguas residuales. A medida que las aguas residuales diluidas comienzan a llenar el sistema de alcantarillado combinado a un ritmo más rápido de lo que se puede tratar, los operadores de la planta de tratamiento de aguas residuales se enfrentan a una difícil elección: pueden permitir que las aguas residuales diluidas continúen retrocediendo en las alcantarillas, inundando eventualmente los sótanos de los residentes (a opción políticamente impopular así como insalubre), o pueden permitir que las aguas residuales diluidas pasen por alto la planta de tratamiento de aguas residuales y se descarguen directamente en la vía fluvial, con los niveles de contaminantes de las aguas residuales no tratadas generalmente excediendo los límites establecidos en el permiso NPDES de la planta. La mayoría de los operadores de plantas de tratamiento eligen la opción más políticamente aceptable de liberar las aguas residuales en violación de su permiso NPDES, creando incidentes de contaminación del agua llamados desbordamientos combinados de alcantarillado (OSC).

    Estrategias para Gestionar OSC

    Los problemas de las OSC son muy difíciles y costosos de resolver en las ciudades más antiguas. Un enfoque para administrar las aguas pluviales fuera del sitio es destrozar las calles de la ciudad, desenterrar las viejas alcantarillas combinadas y reemplazarlas por sistemas separados de alcantarillado de aguas pluviales y aguas residuales. Los altos costos de reequipar nuevos sistemas de alcantarillado separados suelen ser prohibitivamente caros, especialmente en estos tiempos de presupuestos estatales y locales estresados. Además, las amplias interrupciones del tráfico que implica reemplazar la mayoría de las calles no harían de esta una opción políticamente popular.

    Un segundo enfoque para manejar los problemas de las OSC fuera del sitio en áreas desarrolladas es mantener el sistema combinado de alcantarillado, pero construir un sistema de reservorios lo suficientemente grande como para almacenar las aguas residuales diluidas hasta que pueda ser tratada por la planta de tratamiento de aguas residuales. Este es el enfoque utilizado tanto por la ciudad de Milwaukee, Wisconsin como por el Distrito Metropolitano de Reclamación de Agua del Gran Chicago en su Plan de Túnel y Embalse, o TARP. Si bien la mayor parte del TARP se ha construido, todos los embalses aún no se han terminado debido a los recortes presupuestales federales. Los propios túneles y un embalse actualmente pueden almacenar temporalmente las aguas residuales combinadas y la escorrentía de solo los primeros 3/8 de pulgada (.95 cm) de lluvia que cae en el área de servicio del Distrito Metropolitano de Reclamación de Agua. El gasto extremadamente alto de instalar dicho sistema suplementario de alcantarillado y almacenamiento de aguas pluviales lo haría inasequible para la mayoría de las ciudades a menos que se otorguen subvenciones federales y estatales muy sustanciales.

    Una tercera forma de abordar los problemas de las OSC fuera del sitio es usar las propias calles para almacenar temporalmente las aguas pluviales instalando estructuras similares a baches de baja velocidad en las intersecciones y restringiendo las tomas de alcantarillado de las calles al sistema combinado de alcantarillado (US EPA, 2000). Esta estrategia de modernización urbana permitiría que las aguas pluviales fluyeran de lotes a las calles, las cuales se inundarían hasta las cimas de sus canalones durante tormentas fuertes, funcionando como reservorios de aguas pluviales. Las aguas pluviales almacenadas serían luego descargadas lentamente a las alcantarillas combinadas a través de las rejillas restringidas durante un período de horas después de la tormenta, reduciendo la cantidad de flujo de aguas residuales diluidas a una cantidad que podría ser tratada adecuadamente por las plantas de tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, la inundación de calles, el deterioro del acceso de los automóviles y la posibilidad de que las aguas pluviales desborden los bordillos y dañen los autos estacionados y las propiedades adyacentes durante tormentas de lluvia muy fuertes pueden no hacer de esta una opción políticamente popular.

    Gestión de las aguas pluviales urbanas de manera más sostenible

    Existe un cuarto enfoque para tratar los problemas de las OSC, que implica interceptar y retrasar la descarga de precipitación de una parcela de tierra antes de que fluya fuera del sitio a un sistema de alcantarillado separado o combinado, o a una vía fluvial adyacente. Fomentar el almacenamiento o la infiltración in situ reduce la contribución de aguas pluviales al flujo combinado de alcantarillado en áreas desarrolladas, reduciendo así la cantidad de aguas residuales diluidas que se generan y permitiendo que los sistemas combinados de alcantarillado manejen mejor sus cargas de aguas residuales durante las tormentas pluviales. Estos enfoques descentralizados in situ para administrar las aguas pluviales también podrían usarse para reducir la cantidad de infraestructura convencional de aguas pluviales que se necesita en nuevos desarrollos que utilicen sistemas de alcantarillado de aguas pluviales separados. Debido a que estos enfoques in situ requieren menos recursos y son más rentables que los enfoques convencionales de gestión de aguas pluviales, también son inversiones más sostenibles.

    Las técnicas de manejo de aguas pluviales in situ también se conocen con frecuencia como “infraestructura verde” (Jaffe et al., 2010). Los proyectos de desarrollo que utilizan “infraestructura verde” para el manejo de aguas pluviales urbanas se conocen comúnmente como “Desarrollos de Bajo Impacto”. Los proyectos de desarrollo de bajo impacto que utilizan infraestructura verde generalmente permiten administrar las aguas pluviales a costos más bajos que mediante el uso de prácticas de detención convencionales (US EPA, 2007).

    Existen esencialmente tres estrategias para el manejo de aguas pluviales in situ: (1) técnicas que fomentan la infiltración de aguas pluviales en los suelos para reducir su volumen antes de que llegue a un sistema de alcantarillado, o que empleen una clasificación más selectiva y la plantación de vegetación para reducir su caudal desde el sitio; ( 2) técnicas que fomenten el almacenamiento temporal de aguas pluviales in situ, en lugar de transportarlas fuera del sitio para su detención centralizada dentro de un proyecto de desarrollo o municipio; y (3) técnicas, como la construcción de humedales artificiales, que también permiten cierto grado de retención a largo plazo y tratamiento de las aguas pluviales por procesos naturales antes de su descarga. Las técnicas de infiltración también podrían proporcionar algunas capacidades de tratamiento de agua debido a los tiempos de retención más largos de las aguas subterráneas antes de la descarga, pero el grado de dicho tratamiento dependería en gran medida de las características del suelo, la cantidad de vegetación suprayacente y la profundidad de la zona insaturada del suelo.

    Aumento de la infiltración de aguas pluviales

    Las técnicas para disminuir el volumen de escorrentía de aguas pluviales y para reducir las tasas a las que se descarga incluyen el uso de pavimentos permeables y la construcción de “jardines de lluvia” y suales vegetados (ver Figura Pavimentación Permeable y Swales Vegetados). La pavimentación permeable utiliza materiales que están especialmente formulados para tener huecos de aire en su matriz, permitiendo que el agua fluya dentro y a través de los materiales de pavimentación después de su instalación. También incluye la instalación más común de adoquines porosos prefabricados que están diseñados con agujeros a través de sus superficies, permitiendo que las aguas pluviales fluyan a través de sus agujeros hacia los suelos debajo de ellos. La pavimentación permeable necesita mantenerse periódicamente porque sus poros pueden estar obstruidos por granos finos de capa superficial del suelo o con otras partículas pequeñas (como el hollín de la deposición atmosférica) transportadas por la escorrentía. El mantenimiento incluye barrer o aspirar periódicamente el pavimento para controlar la acumulación de partículas obstruidas.

    Pavimentación Permeable y Suelas Vegetadas Instaladas en Elmhurst College, Illinois.
    Figura Pavimentación\(\PageIndex{2}\) Permeable y Suelas Vegetadas. La pavimentación permeable drena en un pantano vegetado como parte del sistema de manejo de aguas pluviales “verdes” del estacionamiento de Elmhurst College (en Illinois). Fuente: Jaffe, M., et al. (2010), Figura 14, p. 117.

    Los “jardines de lluvia” también se pueden utilizar para fomentar que las aguas pluviales se infiltren en los suelos, donde pueden ser captadas por las plantas y transpiradas a la atmósfera, evaporadas de los suelos o dejadas que se infiltren más profundamente en los suelos para convertirse en agua subterránea. Los jardines de lluvia se crean en áreas de terreno bajo que están expresamente diseñadas para, o diseñadas con, suelos bien drenados y generalmente se plantan con vegetación nativa profundamente arraigada que a menudo puede sobrevivir a las condiciones de suelo más secas entre las lluvias. Los jardines de lluvia pueden ser bastante efectivos para interceptar e infiltrar las aguas pluviales que se descargan de los techos, con bajantes del techo que dirigen la descarga de aguas pluviales a un jardín de lluvia en lugar de permitir que fluya a través del lote y hacia el sistema de alcantarillado de la calle. Alguna vegetación nativa, sin embargo, puede tener requisitos especiales de mantenimiento, como la quema periódica necesaria para manejar algunas plantas de pradera.

    También se pueden utilizar zanjas o cigalas con vegetación para transportar la escorrentía de aguas pluviales a un sistema convencional de manejo de aguas pluviales, con la vegetación plantada en la zanja ralentizando la tasa de flujo de aguas pluviales al tiempo que permite que una parte de la escorrentía sea infiltrada en los suelos o tomada por las plantas. En muchos casos, los pantanos vegetados y los jardines pluviales pueden proporcionar alternativas menos costosas a la instalación de un sistema de alcantarillado separado de aguas pluviales, ya que reduce la necesidad de construir canalones de calle, rejillas, cuencas de captación de calles y tuberías de alcantarillado (US EPA, 2007). La interceptación de las aguas pluviales por infiltración y captación de plantas en un jardín de lluvia o cigalas vegetadas también puede reducir la cantidad, capacidad y tamaño de las alcantarillas que tendrían que construirse para manejar un volumen previsto de aguas pluviales, si estas técnicas de infraestructura verde se utilizan para complementar una convencional sistema de recolección de aguas pluviales.

    Aumento del almacenamiento provisional in situ

    Las técnicas de manejo sustentable que pueden almacenar temporalmente aguas pluviales en el sitio hasta que puedan ser liberadas fuera del sitio a un sistema de alcantarillado o a instalaciones convencionales de detención de aguas pluviales incluyen el uso de “techos verdes” y barriles de lluvia conectados a bajantes de techo. Los barriles de lluvia permiten recolectar y almacenar la precipitación, y luego usarse con fines no potables (riego de césped, por ejemplo) permitiendo que las aguas pluviales capturadas sustituyan al agua tratada más cara (ver Figura\(\PageIndex{3}\)).

    Un sistema de recolección de barriles de lluvia utilizado en el Centro de Bienvenida de Ryerson Woods, Condado de Lake (Illinois) Forest Preserve District
    Figura\(\PageIndex{3}\) Un sistema de recolección de barriles de lluvia Este edificio “verde” (Ryerson Woods Welcome Center, Lake County (Illinois) Forest Preserve District) utiliza tanto un barril de lluvia para recolectar aguas pluviales que drenan del techo como un jardín de lluvia para ayudar a infiltrarse en la precipitación. Fuente: Jaffe, M., et al. (2010), Figura 12, p. 116.

    Un techo verde es una superficie de techo plano que utiliza materiales de suelo modificados instalados sobre una capa de materiales impermeables para techos para permitir plantar plantas de raíces poco profundas. Si bien sigue siendo una característica impermeable de un sitio de desarrollo (debido a su capa impermeable), un techo verde puede almacenar temporalmente el agua de lluvia antes de que sea descargada al suelo por las canaletas y bajantes del techo (ver Figura\(\PageIndex{4}\)). Así como un barril de lluvia puede almacenar (y reutilizar) una porción de la precipitación de aguas pluviales que se descarga de techos impermeables, los suelos de un techo verde pueden capturar y almacenar temporalmente la precipitación de aguas pluviales a medida que los poros entre las partículas del suelo se llenan de agua de lluvia. Los techos verdes pueden incluso reducir parcialmente la carga de contaminación de la escorrentía a través de la absorción de la planta y por otros procesos biológicos y físicos dentro de los materiales del suelo de los techos mientras están saturados. Debido a la necesidad de impermeabilizar el techo mientras se instala un sistema biológico encima de él, los techos verdes tienden a costar más que los techos convencionales, incluso ignorando la ingeniería estructural adicional que podría ser necesaria para acomodar el peso del suelo y las plantaciones del techo verde.

    Techo Verde Instalado en Village of Villa Park, Illinois, Comisaría
    Figura\(\PageIndex{4}\) A Techo Verde El techo verde de esta comisaría en Village of Villa Park, Illinois, tiene plantas de raíces poco profundas colocadas en una fina capa de medio de cultivo instalada encima de una membrana de techo impermeable. Fuente: Jaffe, M. et al. (2010), Figura 13, p. 116.

    Los beneficios de manejo de aguas pluviales de barriles de lluvia y techos verdes dependen de su capacidad de almacenamiento en relación con la cantidad de superficie impermeable de la cubierta con la que están asociados. Los barriles de lluvia podrían capturar solo una fracción de una pulgada de las aguas pluviales que caen sobre un techo y se descargan de una bajante, mientras que varias pulgadas de suelos modificados en una azotea podrían almacenar sustancialmente más precipitación antes de que se evapore, sean captados por las plantas del techo o descargado del techo verde a través de sus canaletas y bajantes. En ambos casos, sin embargo, la interceptación y retención temporal de aguas pluviales por estas tecnologías verdes puede permitir que los sistemas convencionales de manejo de aguas pluviales funcionen de manera más eficiente al reducir la cantidad de aguas pluviales que se descargan en los sistemas. Sin duda, también reducirían parte del “pico” de las inundaciones de arroyos al poder almacenar temporalmente y luego liberar aguas pluviales de las superficies impermeables de los techos más tarde después de un evento de tormenta.

    Tratamiento de Aguas Pluviales Urbanas

    Algunos enfoques de manejo sustentable de aguas pluviales tienen el potencial de tratar realmente el agua para eliminar contaminantes, así como controlar su volumen y velocidad de descarga. Estas estrategias incluyen la construcción de humedales y la plantación de árboles. Los humedales han demostrado ser muy efectivos tanto para almacenar temporalmente la escorrentía de aguas pluviales como para reducir los riesgos de inundación, al tiempo que reducen la carga contaminante transportada al humedal (debido a su alta actividad biológica que puede capturar y degradar los contaminantes). En consecuencia, el gobierno federal ha adoptado una política de “no pérdida neta” con respecto a la protección de los humedales existentes. El artículo 404 de la Ley Federal de Agua Limpia requiere que el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos (bajo la supervisión de la EPA de Estados Unidos) revise cualquier propuesta para llenar o dañar cualquier humedal que esté directamente asociado hidrológicamente con vías navegables. Cualquier acción que afecte a los humedales existentes necesitará un permiso del Cuerpo 404 además de cualquier aprobación local o estatal.

    Además de preservar los humedales existentes, también se pueden diseñar, crear y mantener nuevos humedales como parte de una estrategia de manejo de aguas pluviales “verdes” (NRC, 2008). El humedal construido puede ser diseñado y utilizado para interceptar, almacenar temporalmente y tratar la escorrentía de aguas pluviales antes de ser liberada a un arroyo o río. Por lo general, también se instalan estructuras de control de agua para garantizar que los humedales construidos permanezcan inundados durante períodos de tiempo lo suficientemente largos como para soportar la vegetación de los humedales Si se seleccionan las plantas apropiadas, también pueden proporcionar hábitats importantes. El mantenimiento de humedales implica el control de especies de plantas invasoras (por ejemplo, Lisimaquia Púrpura) y el manejo de cualquier sedimento que pueda ser transportado por la escorrentía de aguas pluviales al humedal, ya que la sedimentación de los humedales puede llenarlos, perjudicando sus funciones ecológicas y de tratamiento.

    La plantación de árboles es una estrategia especialmente valiosa para el manejo de las aguas pluviales urbanas, especialmente cuando los árboles maduran. Los toldos de los árboles rompen la velocidad de la lluvia, lo que reduce los caudales de escorrentía, mientras que las raíces de los árboles pueden estabilizar los suelos contra la erosión de Los toldos de árboles reducen las temperaturas, mitigando los efectos de las islas de calor urbano, proporcionando sombra y a través de sus procesos de transpiración. Sus hojas y raíces también pueden capturar algunos contaminantes de aguas pluviales y proporcionar secuestro de carbono para reducir los impactos del cambio climático. Además, los árboles proporcionan una valiosa enmienda al suelo ya que sus hojas caídas se descomponen en mantillo, mejorando la tasa de infiltración y la actividad biológica de los suelos circundantes, mientras que las ramas rotas más grandes que caen en arroyos urbanos pueden disminuir la velocidad de los arroyos y proporcionar un hábitat acuático y ribereño mejorado El sombreado de los arroyos por los árboles ribereños es particularmente importante para garantizar que las funciones ecológicas de un arroyo sigan siendo resilientes ante el aumento de las temperaturas causadas por el cambio climático global.

    Conclusiones

    Toda la infraestructura verde y las técnicas de desarrollo de bajo impacto que proporcionan almacenamiento provisional de aguas pluviales in situ para reducir los riesgos de inundación también pueden proporcionar algunas capacidades de eliminación de contaminación, también. La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles y la EPA de Estados Unidos mantienen una Base de Datos BMP Internacional de Aguas Pluviales de proyectos de desarrollo que utilizan infraestructura verde. Este recurso en línea revisa la efectividad de diversas prácticas de manejo de aguas pluviales y hace que estas técnicas sustentables sean más accesibles para los funcionarios locales y los departamentos de obras públicas municipales encargados de administrar la escorrentía de aguas pluviales en sus comunidades.

    Existe un creciente interés público en el uso de técnicas de manejo sustentable de aguas pluviales para reemplazar o complementar las instalaciones convencionales de aguas pluviales. El gobierno federal de Estados Unidos, por ejemplo, ahora exige que se utilice infraestructura verde en todos los proyectos federales por encima de cierto tamaño para gestionar la escorrentía urbana de aguas pluviales. Los funcionarios locales también están mostrando un mayor interés en estos enfoques sustentables, ya que a menudo son menos costosos de instalar y mantener a lo largo de su vida que los sistemas convencionales de alcantarillado pluvial y los centros de detención. Por último, los gobiernos estatales están comenzando a reservar dinero en sus fondos rotatorios de préstamo para infraestructura pública que se destina a proyectos de infraestructura verde. Es probable que este interés por la gestión sostenible de las aguas pluviales urbanas siga creciendo.

    Preguntas de revisión

    1. ¿Cuáles de las prácticas de manejo de aguas pluviales urbanas sostenibles se pueden utilizar mejor en los barrios existentes y cuáles son las más adecuadas para nuevos desarrollos?
    2. El desempeño de muchas de las prácticas de infraestructura verde a menudo depende de qué tan bien se mantengan a lo largo de su vida útil. ¿Cuáles son algunas estrategias efectivas que los funcionarios locales pueden considerar para garantizar que la infraestructura verde que se utiliza para administrar las aguas pluviales urbanas en sus comunidades se mantenga adecuadamente y continúe funcionando según lo diseñado?

    Recursos

    Para más información sobre:

    • Ley de Agua Limpia, visite www.epa.gov/agriculture/lcwa.html.
    • Base Internacional de Datos BMP de Aguas Pluviales, visite http://www.bmpdatabase.org.
    • Distrito Metropolitano de Recuperación de Agua del Gran Chicago, visite www.mwrd.org/irj/portal/anonymous/tarp.
    • Distrito Metropolitano de Alcantarillado de Milwaukee, visita v3.mmsd.com/deeptunnel.aspx.
    • Ley Nacional de Seguros contra Inundaciones, visite www.FEMA.gov/Library/ViewRecord. do`id=2216.

    Referencias

    1. Gulliver, G.S. & Anderson, J.L. (eds.). (2008). Evaluación de las Mejores Prácticas de Manejo de Aguas Pluviales. Estudio de Evaluación de Prácticas de Manejo de Aguas Pluviales. Minneapolis: Universidad de Minnesota.
    2. Jaffe, M., Zellner, M., Menor, E., Gonzalez-Meler, M., Cotner, L., Massey, D., Ahmed, H., Elbert M., Wise, S., Sprague, H., & Miller, B. (2010). Uso de la infraestructura verde para gestionar la calidad de las aguas pluviales urbanas: una revisión de prácticas seleccionadas y programas estatales. Springfield, IL: Agencia de Protección Ambiental de Illinois. Recuperado el 23 de junio de 2011 de http://www.epa.state.il.us/green-infrastructure/docs/public-act-recommendations.pdf
    3. Consejo Nacional de Investigaciones. (2008). Gestión Urbana de Aguas Pluviales en Estados Unidos. Washington, DC: Prensa de Academias Nacionales. Recuperado el 23 de junio de 2011 de http://www.epa.gov/npdes/pubs/nrc_stormwaterreport.pdf
    4. Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (2000, octubre). Almacenamiento Callejero para Control de Recargo Combinado de Alcantarillado: Skokie y Wilmette, Illinois (Ficha Técnica). (Publicación EPA No. EPA-841-B-00-005C). Washington, D.C. Recuperado el 17 de mayo de 2011 de www.lowimpactdevelopment.org/... _Factsheet.pdf
    5. Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. (2007, diciembre). Reducción de costos de aguas pluviales a través de estrategias y prácticas de desarrollo de bajo impacto (LID). (Publicación EPA No. EPA 841-F-07-006). Washington. D.C. Recuperado el 23 de junio de 2011 de www.epa.gov/owow/nps/lid/costs07/documentos/reducingstormwatercosts.pdf
    6. Programa de Investigación sobre Cambio Climático Global de Estados Unidos (USGCCRP). 2009. Impactos del cambio climático global en Estados Unidos. Cambridge: Cambridge University Press. Recuperado el 18 de mayo de 2011 de http://downloads.globalchange.gov/usimpacts/pdfs/climate-impacts-report.pdf

    Glosario

    Calidad del Agua Ambiental

    La concentración de contaminantes que se encuentran dentro de cuerpos de agua y vías fluviales.

    Desbordamientos combinados de alcantarillado (OSC)

    El desbordamiento y descarga de exceso de aguas residuales a aguas superficiales durante tormentas, cuando los flujos de aguas residuales diluidas exceden la capacidad de un sistema combinado de alcantarillado o planta de tratamiento de aguas residuales

    Sistemas de alcantarillado combinados

    Sistemas de alcantarillado diseñados para recolectar escorrentías de aguas pluviales y aguas residuales domésticas e industriales dentro de las mismas tuberías de alcantarillado.

    Fenómeno de “Primer Flush”

    Las mayores concentraciones de contaminantes encontradas al inicio de una tormenta o deshielo primaveral.

    Techo Verde

    Vegetación y medios de siembra instalados en una azotea con el fin de almacenar y retrasar la escorrentía de aguas pluviales de la superficie del techo.

    Hidrología

    El examen científico de la ocurrencia, distribución, movimiento y propiedades del agua dentro del medio natural.

    Desarrollo de Bajo Impacto

    Un enfoque para el desarrollo de la tierra (o re-desarrollo) que utiliza el drenaje natural y los procesos ambientales para manejar las aguas pluviales lo más cerca posible de su fuente.

    Vegetación Nativa

    Plantas “silvestres” que han evolucionado naturalmente y se han adaptado con éxito a las condiciones ambientales de una región.

    Fuente no puntual

    El término “fuente no puntual” se define como cualquier fuente de contaminación del agua que no cumpla con la definición legal de “fuente puntual” en el artículo 502 (14) de la Ley de Agua Limpia (ver definición de “Fuente puntual” a continuación)

    Vías fluviales “Peaky”

    El “pico” de una vía fluvial describe el aumento y disminución más rápidos del flujo de los arroyos y los niveles más altos de los arroyos después de una tormenta en cuencas urbanizadas en comparación con el aumento y disminución más gradual de los volúmenes de los arroyos y menores niveles de agua en cuencas de drenaje menos desarrolladas después del mismo evento pluvial, en gran parte debido a la mayor cantidad de superficies impermeables y escorrentías generadas dentro de las áreas urbanas.

    Fuente puntual

    Definida por la Sección 502 (14) de la Ley de Agua Limpia como cualquier fuente única de contaminación identificable y discreta de la que se descargan contaminantes, como por ejemplo, de una tubería, zanja, canal, alcantarilla, operación confinada de alimentación animal o descargada de una embarcación flotante.

    Prevención de la contaminación

    Reducir o eliminar los desechos en la fuente mediante la modificación de los procesos de producción, la promoción del uso de sustancias no tóxicas o menos tóxicas, la implementación de técnicas de conservación y la reutilización de materiales en lugar de introducirlos en la corriente de desechos.

    Barril de lluvia

    Una cisterna, barril o sistema de almacenamiento que recoge y almacena el agua de lluvia o el deshielo de los techos que de otro modo serían desviados a drenajes pluviales y arroyos como escorrentía de aguas pluviales.

    Escurrimiento de aguas pluviales

    El flujo de precipitación terrestre generado por esa porción de lluvia y deshielo que no se infiltra en el suelo, no es absorbido por las plantas, y no se evapora a la atmósfera.

    Swales

    Características del paisaje graduadas y diseñadas como canales o zanjas con vegetación, poco profundas y abiertas que generalmente se plantan con plantas tolerantes a las inundaciones y resistentes a la erosión.

    Cuenca

    Un área geográfica que drena naturalmente a una vía o cuerpo de agua específico.


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