Resumen del diseño hidráulico del emisario submarino de Castropol en Asturias

Abstract

RESUMEN: El presente trabajo de final de grado de la mención de hidrología, en la convocatoria de Junio de 2015, consiste en un el diseño hidráulico del emisario submarino que verterá las aguas residuales urbanas de los concejos de Vegadeo y Castropol a la ría del Eo en Asturias. El trabajo ha sido elaborado por Adrián Villa Alonso y dirigido por Andrés García Gómez. Este trabajo es elaborado porque actualmente las aguas residuales de Vegadeo y Castropol son vertidas a la ría del Eo sin tratamiento alguno, y además desde hace 6 años hay una gran rotura en el emisario submarino existente. En el diseño se han considerado dos horizontes, uno actual y otro futuro en los cuales los caudales de diseño son el caudal medio y el caudal punta en cada caso. Qmed actual=25L/s, Qp actual=50L/s, Qmed futuro=50L/s y Qp futurol=100L/s. El efluente a verter por el emisario procede de una EDAR en la que recibe un tratamiento de depuración. En el diseño del emisario submarino se ha optado por una solución a los problemas del saneamiento de la zona de tal forma que no se necesite de un bombeo para ser capaces de verter todo el caudal proveniente de la EDAR. El emisario submarino tiene una longitud final de 600 metros. Desde la cámara de carga hay 70 metros del emisario en zona terrestre, 500 metros en zona acuática y por último el tramo difusor de 30 metros. El tramo de difusor de 30 metros cuenta con 11 elevadores, cada uno con su respectiva boca individual y su válvula antirretorno. La longitud del tramo difusor y el número de elevadores han sido obtenidos en base a formulaciones empíricas de dilución inicial (mezcla inicial del vertido) de forma que se cumplan ciertos criterios de calidad en el medio receptor (dilución mínima de 100). Para dicho cálculo se ha considerado que el medio está no estratificado y en reposo, es decir, que las velocidades de las corrientes eran lo suficientemente bajas para que el número de Froude de la corriente fuese inferior a 0,3. Como en realidad, el vertido se realiza en una zona de rompientes, las velocidades de la corriente si existirán, con lo que la dilución inicial del vertido será aún mayor que la de diseño. Los diámetros del emisario submarino y de los elevadores se han obtenido con ayuda del programa EPANET en el cual se ha asemejado el comportamiento del emisario a una red de tuberías y de embalses de superficie infinita. La elección de los diámetros se ha hecho teniendo en cuenta unas consideraciones: - El máximo nivel del agua en la cámara de carga es de 5 metros, este nivel viene dado por la cota a la que llegan los colectores desde la EDAR a la cámara de carga, y como no se va a contar de un bombeo, el nivel de agua en la cámara de carga deberá ser menor a dicha cota. Se debe alcanzar la velocidad mínima de auto-limpieza en el emisario submarino al menos una vez al día. Dicha velocidad garantiza que se eliminen los sedimentos que pueden acumularse en el emisario cuando se vierten caudales pequeños con sus consiguientes velocidades pequeñas. - Se debe alcanzar también la velocidad mínima ascensional en los elevadores al menos una vez al día, para que estos sean capaces de vencer la velocidad de sedimentación de las partículas más grandes del efluente y así, eliminar todos los sedimentos. - El diámetro mínimo de las bocas no puede ser menor de 60mm puesto que se pueden obstruir. - El reparto de los caudales debe ser lo más uniforme posible para que las fórmulas empíricas de dilución inicial puedan seguir siendo aplicadas. Con estas consideraciones y con ayuda de EPANET se ha llegado al diseño de que el emisario principal tiene un diámetro interior de 327,8mm, los 7 primeros elevadores un diámetro interior de 76,6mm y los últimos 4 elevadores de 85,4mm. Se ha buscado que para el caudal punta se cumplan las condiciones de velocidades mínima, y como las máximas pérdidas de carga se dan para la pleamar viva equinoccial (PMVE), se han combinado estas situaciones. Para la situación del horizonte futuro, caudal punta y en PMVE, que es la que más pérdidas de carga tendrá en el emisario y por tanto se necesitará más nivel de agua en la cámara de carga, no se obtiene la velocidad mínima de auto-limpieza del emisario por lo que se debe disponer de un volumen de almacenado para verterlo todo durante un periodo de tiempo de forma que se vierta un caudal que consiga llegar a dicha velocidad de auto-limpieza. Este caudal necesario para la limpieza es de 125L/s durante 13,5minutos y es entonces la situación más crítica en cuando a nivel de agua en la cámara de carga, para dicha situación se necesitan 4,898m en la cámara de carga. Para la situación del horizonte actual, caudal punta y en PMVE, no se obtiene tampoco la velocidad mínima ascensional en los elevadores, pero con el caudal de auto-limpieza requerido para la limpieza del emisario submarino, si que se consigue dicha velocidad, por lo que la situación límite será la misma que para el horizonte futuro. El volumen necesario a almacenar que genera el caudal de 125L/s durante 13,5minutos puede ser reducido considerando que siempre llegará un caudal mínimo desde la EDAR, por lo que el volumen que en realidad se necesitará almacenar será de 94,694m3. De esta forma, quedan definidas todas las dimensiones del emisario submarino, así como el volumen a almacenar para alcanzar las velocidades mínimas de auto-limpieza y ascensional y las alturas en la cámara de carga en cada situación de vertido.

ABSTRACT: The hereby final degree work from the specialty of Hydrology, in the call for June 2015, consists on the design of an sewage outfall which will discharge urban wastewater from the councils of Vegadeo and Castropol to the Eo sea loch in Asturias. This project has been elaborated by Adrián Villa Alonso and directed by Andrés García Gómez. This work is currently developed due to the discharge of untreated wastewater in Vegadeo and Castropol into the river Eo, Furthermore, it has been 6 years since a break appeared in the sewage outfall. The design has considered two horizons, a current one and a future horizon where the design flows are the average and the peak flow in each case. Qmedactual=25L/s, Qpactual=50L/s, Qmedfuturo=50L/s y Qpfuturol=100L/s The effluent due to pour by the sewage outfall comes from a WWTP where it receives a purification treatment. In the design of the outfall it has been opted for a solution to the problems of sanitation in the area in such way that it does not need pumping to be able to pour the entire flow from the WWTP. The outfall has a final length of 600 meters. Starting at the loading chamber there are 70 meters of the outfall which are in land area, 500 meters in water area and finally the diffuser section of 30 meters. The diffuser section of 30 meters has 11 lifts, each with its respective individual mouth and check valve. The length of the diffuser section and the number of lifts have been obtained based on the empirical formulations of initial dilution (initial mixture of the spill) so that certain quality standards are met in the receiving environment (minimum dilution of 100). For this calculation it has been considered that the media is non-stratified and at rest, ie, the current velocities were low enough so that the Froude number of the flow is less than 0.3.Since the discharge is made in a surf zone, the stream velocities exist, so the initial dilution of the discharge will be even greater than the designed one. The diameters of the outfall and the elevators were obtained using the program EPANET which has resembled the behaviour of the outfall to a network of pipes and reservoirs of infinite surface. The choice of the diameters has been done by taking into account some considerations: The maximum water level in the forebay chamber is 5 meters; this level is given by the height at which the collectors reach the WWTP to the forebay chamber. As there is not going to exist any pumping from the ONU, the water level must be lower than a certain level. You must reach the minimum speed of self-cleaning in the outfall at least once a day . This speed ensures that the sediments can accumulate in the emissary when low flows are discharged with its respective low speeds are removed. Were at least once a day , so that they are able to beat the speed of sedimentation of larger particles of the effluent and thus remove all sediments, it must also meet the minimum speed in elevators to lift. The minimum diameter of openings can not be less than 60mm since it can get cloged. The distribution of flow must be as uniform as possible so that the empirical formulas of initial dilution may continue to be applied. With these considerations and using EPANET it has been decided that the design of the main outlet has an inner diameter of 327,8mm , the first 7 lifts have an inner diameter of 76,6mm and 85,4mmfor the last 4 elevators. It has been sought that for the peak flow in order to fulfill the conditions of minimum velocity, and as the maximum losses are given for live equinoctial tide ( HHW ) , both situations have been combined. For the future horizon, peak flow and PMVE which is the one that losses the most weight in the sewage outfall and that is why a higher water level is required in the fore by loading chamber, the minumun self-cleaning velocity is not reached by the outfall so a storage volume to pour it all over a period of time so that the flow reaches such velocity to self-clean itself. This flow is needed for the cleaning of 125L/s during 13.5 minutes and it is then when the most critical, regarding water level, situation occurs. For such situation 4.898m are needed in the loading foreby chamber. For the current horizon, peak flow and PMVE, the minimum lifting velocity is not reached, but with the self-cleaning flow required by the cleaning of the sewage outfall, such velocity is obtained, that is why the limit situation will be the same for a future horizon. The volume required to store the flow generating 125L / s during 13,5minutos can be reduced considering that a minimum flow always come from the WWTP, so the actual volume which is needed to storage is 96.694m3. Thus, all the dimensions of the sewage outfall are defined, as well as the volume stored to meet the minimum speeds of self-cleaning and lifting, and the height of the loading chamber in each pouring situation.