Criterios de control y caracterización estadística multivariante del impacto de la contaminación producida por lluvias críticas en medio urbano mediante la modelización matemática del binomio escorrentía – medio receptor fluvial

Abstract

Esta investigación analiza la contaminación de la escorrentía urbana y su impacto en un medio receptor fluvial mediante un enfoque matemático y estadístico multivariante. Se estudian contaminantes críticos (Sólidos Totales, DBO5 y Nitrógeno Total) y sus polutogramas asociados durante eventos de lluvia, evaluando su incidencia en la calidad del agua en diferentes escenarios hidrológicos. Utilizando el modelo SWMM, se simulan lluvias críticas para una cuenca urbana, generando hidrogramas y polutogramas para analizar su grado de desfavorabilidad en términos de contaminación. Se examina el fenómeno del primer lavado “First Flush”, desarrollando nuevas metodologías de caracterización mediante variables innovadoras que se deducen de las curvas M(V) en lugar de los tradicionales ajustes de regresión. Además, se implementan análisis multivariantes (de componentes principales y de conglomerados) para determinar las lluvias más desfavorables y el impacto en la calidad del agua del receptor. Se dimensionan tanques de tormenta, logrando una retención de escorrentía del 100% y 80% con volúmenes de 146,50 m³/ha imp y 117,20 m³/ha imp, respectivamente, controlando el rebose de aguas pluviales y optimizando el diseño de sistemas de drenaje urbano.

This research analyzes urban runoff pollution and its impact on a fluvial receiving environment through a mathematical and multivariate statistical approach. Critical pollutants (Total Solids, BOD5, and Total Nitrogen) and their associated pollutographs are studied during rainfall events, assessing their effect on water quality in different hydrological scenarios. Using the SWMM model, critical rainfall events for an urban catchment are simulated, generating hydrographs and pollutographs to assess their degree of unfavorability in terms of contamination. The "First Flush" phenomenon is examined, developing new characterization methodologies through innovative variables derived from M(V) curves, instead of traditional regression fittings. Additionally, multivariate analyses (principal component and cluster analysis) are implemented to identify the most unfavorable rainfall events and their impact on the water quality of the receptor. Storm tanks are sized, achieving runoff retention of 100% and 80% with volumes of 146.50 m³/ha imp and 117.20 m³/ha imp, respectively, controlling stormwater overflow and optimizing urban drainage system design.