EVALUACIÓN DE LA EFICACIA DE LAS CELDAS DE BIORRETENCIÓN PARA LA GESTIÓN DE AGUAS PLUVIALES URBANAS.

1.1 Antecedentes

Aumento población mundial ha dado lugar a una mayor urbanización, lo que ha llevado a cambios significativos en el uso del suelo y ha aumentado la acumulación de contaminantes en las áreas urbanas.

Urbanización ha impactado negativamente en la hidrología, aumentando las inundaciones y disminuyendo la recarga de aguas subterráneas

cambio climático agrava estos problemas al alterar la cantidad y calidad de las aguas pluviales

El desarrollo de LID, es crucial para abordar problemas ambientales. Se centra en mantener las condiciones naturales del agua, mejorar la calidad de la escorrentía y promover la evapotranspiración

Minimiza áreas impermeables, implementa sistemas de gestión de aguas pluviales y educa al público

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Prácticas como las celdas de biorretención (BRC) son populares, ofrecen beneficios como mejorar la calidad del agua, reducir el caudal e integrarse en paisajes urbanos

Esto ha llevado a una falta de conocimiento entre los diseñadores y planificadores urbanos sobre las diferentes opciones de diseño de biorretención

1.2 Revisiones de literatura previa

1.2 Revisiones de literatura previa

En los últimos 5 años se han publicado varios artículos de revisión sobre sistemas de biorretención, destacando la importancia de la vegetación en el desempeño hidrológico y la mitigación de la contaminación.

Se resalta la eficacia de las plantas en la eliminación de nitrógeno, se reconoce la falta de investigaciones detalladas

Se revisa la efectividad de los BRCs en mitigar la alteración del ciclo hidrológico natural y mejorar la calidad de la escorrentía de aguas pluviales en cuencas urbanas, centrandose en investigaciones de campo, laboratorio y modelado numérico

2.0 Materiales y métodos

2.1 Pregunta de investigación

"¿Son los BRC una práctica de DLI efectiva para la gestión de aguas pluviales en cuencas urbanas?"

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• ¿Son los BRC una práctica efectiva para implementar en cuencas urbanas con el objetivo de restaurar los procesos hidrológicos naturales?

• ¿Son los BRC una práctica efectiva para implementar en áreas de captación urbana con el propósito de mejorar la calidad de las aguas pluviales?

2.2 Identificación y selección de estudios relevantes

El diagrama de flujo PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic and Meta-Analysis) 2020.

Scopus se utilizó como base de datos bibliométrica para extraer la literatura revisada. Los estudios de esta revisión sistemática abarcan desde 2017 hasta septiembre de 2022.

Se descargaron 1040 citas, se filtraron 296 y se aplicaron indicadores de inclusión y exclusión para seleccionar los estudios adecuados

2.3 Extracción de Datos/Gráficos

Se analizaron los textos completos para obtener datos relacionados con la información general, características de la cuenca, diseño de biorretención, resultados del desempeño, modelado y calibración

2.4 Compaginación

Se han realizado investigaciones exhaustivas sobre BRC para comprender sus funciones, mejorar su rendimiento y extender su vida útil

Sin embargo, faltan datos reales sobre su rendimiento a largo plazo en el campo y la mayoría de los estudios se han realizado en laboratorios.

Los datos de 114 estudios proporcionan una visión general de la eficacia de los BRC en cuencas urbanas. Se muestran resultados a través de mapeo, categorizando la reducción de volumen, caudal máximo y captura de escorrentía, así como la reducción de contaminantes

3.0 RESULTADOS

3.1.1 Descripción general del BRC

Los BRC utilizan lechos de plantación para tratar aguas pluviales, con capas para filtrar y drenar. La presencia de drenaje inferior depende del objetivo y características del suelo.

se ve influenciada por variables climáticas, hidrológicas, carga contaminante, estándares de calidad del agua y disponibilidad local de vegetación, suelo y sustratos

La revisión de datos de 60 ciudades mostró diferencias en escorrentía y nutrientes entre regiones tropicales y templadas.

Existen diferentes diseños de BRC que afectan la respuesta hidrológica y la calidad del agua. Una zona de almacenamiento de agua interna puede mejorar la eliminación de nitrógeno y reducir la escorrentía.

La gestión de la escorrentía de aguas pluviales se puede lograr mediante BRCs. Estos mecanismos naturales se dividen en categorías físicas/hidrológicas, bioquímicas/químicas y los procesos físicos incluyen exfiltración, infiltración, percolación y sedimentación

Los procesos químicos y biológicos son más desafiantes en los BRC. La absorción, adsorción, nitrificación, desnitrificación, biodegradación, asimilación de nutrientes, fitorremediación y ET son procesos que se producen en BRCs.

Se pueden implementar en el paisajismo de estacionamientos, carreteras y espacios abiertos cerca de superficies impermeables, demostrando su adaptabilidad en la práctica

3.1.2 Análisis cronológico y geográfico de la BRC

Durante el período de estudio, la investigación de laboratorio representó el 44%, los estudios de campo el 24% y el modelado numérico el 31%. La mayoría de las investigaciones son de laboratorio, con China representando el 45% y Estados Unidos el 35% de los estudios de campo.

3.2 Evaluación de la eficacia del BRC

Se centra en reducir el volumen de escorrentía y el caudal máximo. En Experimentos de campo reducciones de volumen del 50% al 98%. En Laboratorio entre el 11% y 71%.
La captura de Agua entre el 19% al 84%, a largo plazo (51% y 84%)

3.2.2 Eficacia de la calidad del BRC

-Remoción de Sólidos Totales (SST) > 78%.
-Nutrientes (nitrógeno y fósforo), relacionados problemas ecológicos graves, se muestran mejoras significativas con diferentes tipos de medios filtrantes.
-La utilización de zeolitas, escoria de carbón reducen el amonio en el suelo mediante intercambio iónico.
-El tiempo de retención prolongado impulsado con presencia de materia orgánica y un ambiente con bajo nivel oxígeno, promueve eliminación de nitratos.
-Se ha visto que estos sistemas pueden eliminar micropartículas de plástico de 100 a 300 um.

3.3 Modelado numérico del BRC

Se han utilizado diversos modelos, como:
SWMM, HYDRUS, RECARGA, WinSLAMM, MUSIC, GIFMod, DRAINMOD, MIKE URBAN

4.0 Necesidades de investigación

Se necesita más investigación:
optimización del sistema, diseño del medio filtrante, evaluación del rendimiento a largo plazo y eficiencia del tratamiento de contaminantes

Se sugiere el uso de aditivos a base de desechos para mejorar la reducción de contaminantes. Los BRC convencionales tienen una corta duración de retención de agua, lo que limita la eliminación de contaminantes.

La instalación de un sistema de drenaje integrado y válvulas de salida de flujo reducido podría mejorar el rendimiento, pero se necesita más investigación sobre su diseño y control automatizado

5.0 Conclusiones y recomendaciones

Los BRC son una solución eficaz para controlar las aguas pluviales urbanas y limitar los efectos hidrológicos de la urbanización rápida

existen lagunas de conocimiento que obstaculizan su avance en la gestión de grandes cantidades de aguas pluviales urbanas.

Es importante considerar cuidadosamente la distancia del IWS a la superficie y al fondo, así como la proporción de componentes en la mezcla del medio. Aumentar la profundidad del medio puede mejorar la eficiencia hidrológica, pero también conlleva costos adicionales y riesgos como la afectación de los niveles de agua subterránea.

El diseño del BRC debe ser cuidadosamente planificado considerando diversos factores para garantizar su efectividad.
La obstrucción es un factor limitante en el rendimiento a largo plazo de los BRC, esto puede reducir la infiltración y afectar el rendimiento hidrológico y la calidad de los BRC.

El uso de aditivos adecuados y el reemplazo de los medios filtrantes cada 5 a 10 años pueden prevenir las obstrucciones. La vegetación se elige por su resistencia, atractivo y disponibilidad local, pero se deben considerar criterios como que deban ser nativas del lugar, la capacidad de fitorremediación y la creación de hábitats para microorganismos al seleccionar plantas para los BRC