Las aguas pluviales , también escritas aguas pluviales , son aguas que se originan a partir de precipitaciones ( tormentas ), incluidas las fuertes lluvias y el agua de deshielo procedente del granizo y la nieve . El agua de lluvia puede penetrar el suelo ( infiltrarse ) y convertirse en agua subterránea , almacenarse en la superficie deprimida del terreno en estanques y charcos , evaporarse nuevamente a la atmósfera o contribuir a la escorrentía superficial . La mayor parte de la escorrentía se transporta directamente como agua superficial a arroyos , ríos u otras grandes masas de agua cercanas ( humedales , lagos y océanos ) sin tratamiento.
En paisajes naturales, como los bosques, el suelo absorbe gran parte del agua de lluvia. Las plantas también reducen las aguas pluviales al mejorar la infiltración, interceptar la precipitación a medida que cae y absorber agua a través de sus raíces. En entornos desarrollados, como las ciudades , las aguas pluviales no gestionadas pueden crear dos problemas principales: uno relacionado con el volumen y el momento de la escorrentía ( inundaciones ) y el otro relacionado con los contaminantes potenciales que transporta el agua ( contaminación del agua ). Además de los contaminantes transportados por la escorrentía de aguas pluviales, se reconoce que la escorrentía urbana es una causa de contaminación por derecho propio.
Las aguas pluviales también son un recurso importante a medida que crece la población humana y la demanda de agua, particularmente en climas áridos y propensos a la sequía. Las técnicas de recolección y purificación de aguas pluviales podrían potencialmente hacer que algunos entornos urbanos sean autosuficientes en términos de agua.
Con menos vegetación y superficies más impermeables ( estacionamientos , caminos , edificios , suelo compactado ), las áreas desarrolladas permiten que se infiltre menos lluvia en el suelo y se genera más escorrentía que en condiciones no desarrolladas. Además, pasajes como zanjas y alcantarillas pluviales transportan rápidamente la escorrentía desde las áreas comerciales y residenciales hacia cuerpos de agua cercanos. Esto aumenta enormemente el volumen de agua en los cursos de agua y la descarga de esos cursos de agua, lo que provoca erosión e inundaciones. Debido a que el agua sale de la cuenca durante la tormenta, poca cantidad se infiltra en el suelo, repone el agua subterránea o suministra el flujo base de la corriente en clima seco. [1]
Una primera oleada es la escorrentía inicial de una tormenta. Durante esta fase, el agua contaminada que ingresa a los desagües pluviales en áreas con altas proporciones de superficies impermeables suele estar más concentrada en comparación con el resto de la tormenta. En consecuencia, estas altas concentraciones de escorrentía urbana dan como resultado altos niveles de contaminantes vertidos desde las alcantarillas pluviales a las aguas superficiales . [2] [3] : 216
Las actividades humanas diarias resultan en la deposición de contaminantes en caminos , céspedes , techos , campos agrícolas y otras superficies terrestres. Dichos contaminantes incluyen basura, sedimentos, nutrientes, bacterias, pesticidas, metales y subproductos del petróleo. [4] Cuando llueve o hay riego , el agua se escurre y finalmente llega a un río , lago o al océano . Si bien hay cierta atenuación de estos contaminantes antes de ingresar a las aguas receptoras, la escorrentía contaminada produce cantidades suficientemente grandes de contaminantes como para dañar las aguas receptoras. [5]
Además de los contaminantes transportados por la escorrentía de aguas pluviales , se reconoce que la escorrentía urbana es una causa de contaminación por derecho propio. En las cuencas naturales ( cuencas ), la escorrentía superficial que ingresa a los cursos de agua es un evento relativamente raro, que ocurre sólo unas pocas veces al año y generalmente después de tormentas más grandes. Antes de que ocurriera el desarrollo, la mayor parte de la lluvia penetraba el suelo y contribuía a la recarga del agua subterránea o era reciclada a la atmósfera por la vegetación a través de la evapotranspiración .
Los sistemas de drenaje modernos, que recogen el escurrimiento de superficies impermeables (por ejemplo, tejados y carreteras), garantizan que el agua se traslade eficientemente a los cursos de agua a través de redes de tuberías, lo que significa que incluso las tormentas pequeñas provocan un aumento de los caudales de los cursos de agua.
Además de generar mayores contaminantes desde la cuenca urbana, el aumento del flujo de aguas pluviales puede provocar la erosión de los arroyos , fomentar la invasión de malezas y alterar los regímenes de flujo natural. Las especies nativas a menudo dependen de dichos regímenes de flujo para el desove, el desarrollo juvenil y la migración. Se ha observado que las aguas pluviales de las carreteras contienen muchos metales, incluidos zinc (Zn), cadmio (Cd), cobre (Cu), níquel (Ni), plomo (Pb), cromo (Cr), manganeso (Mn), hierro (Fe). ), vanadio (V), cobalto (Co) y aluminio (Al) (Sansalone y Buchberger, 1997; Westerlund y Viklander, 2006) [ cita completa necesaria ] y otros constituyentes.
En algunas áreas, especialmente a lo largo de la costa de Estados Unidos, la escorrentía contaminada de caminos y autopistas puede ser la mayor fuente de contaminación del agua . Por ejemplo, alrededor del 75 por ciento de los químicos tóxicos que llegan a Seattle , al Puget Sound de Washington, son transportados por aguas pluviales que corren por caminos y caminos pavimentados, tejados, patios y otros terrenos urbanizados. [6]
Las aguas pluviales industriales son escorrentías de las precipitaciones que caen en sitios industriales (por ejemplo, instalaciones de fabricación, minas, aeropuertos). Este escurrimiento muchas veces está contaminado por materiales que se manipulan o almacenan en los sitios, y las instalaciones están sujetas a regulaciones para controlar los vertidos. [7] [8]
Las aguas pluviales son una de las principales causas de inundaciones urbanas . Las inundaciones urbanas son la inundación de terrenos o propiedades en un entorno urbanizado causada por aguas pluviales que superan la capacidad de los sistemas de drenaje , como las alcantarillas pluviales . Aunque son provocadas por eventos únicos como inundaciones repentinas o deshielo , las inundaciones urbanas son una condición que se caracteriza por sus impactos repetitivos, costosos y sistémicos en las comunidades. En áreas susceptibles a inundaciones urbanas, se pueden instalar válvulas de remanso y otra infraestructura para mitigar las pérdidas.
Cuando las propiedades se construyen con sótanos , las inundaciones urbanas son la causa principal de los atascos en los sótanos y las alcantarillas. Aunque el número de víctimas de las inundaciones urbanas suele ser limitado, las consecuencias económicas, sociales y ambientales pueden ser considerables: además de los daños directos a la propiedad y la infraestructura ( carreteras , servicios públicos ), las casas crónicamente húmedas están relacionadas con un aumento de las enfermedades respiratorias. problemas y otras enfermedades. [9] Los atascos de alcantarillado a menudo provienen del sistema de alcantarillado sanitario, que absorbe algo de agua pluvial como resultado de la infiltración/afluencia .
Un ejemplo de aguas pluviales urbanas que crearon un colapso de un sumidero es el colapso de Dishman Lane el 25 de febrero de 2002 en Bowling Green, Kentucky , donde un sumidero de repente dejó caer la carretera bajo cuatro vehículos que viajaban. La reparación del derrumbe de Dishman Lane, que duró nueve meses, costó un millón de dólares, pero sigue existiendo la posibilidad de que surjan problemas en el futuro. [11]
En áreas no perturbadas con drenaje natural del subsuelo ( karst ), el suelo y los fragmentos de roca obstruyen las aberturas kársticas, lo que constituye una autolimitación para el crecimiento de las aberturas. [12] : 189-190, 196 El sistema de drenaje kárstico intacto se equilibra con el clima para que pueda drenar el agua producida por la mayoría de las tormentas. Sin embargo, los problemas surgen cuando el paisaje se ve alterado por el desarrollo urbano. [13] : 28 En áreas urbanas con drenaje natural subsuperficial ( karst ) no hay corrientes superficiales para el aumento de aguas pluviales desde superficies impermeables como techos, estacionamientos y calles hacia las que escurrir. En cambio, el agua de lluvia ingresa al sistema de drenaje subterráneo desplazándose hacia abajo a través del suelo. Cuando el flujo de agua subterránea se vuelve lo suficientemente grande como para transportar tierra y fragmentos de roca, las aberturas kársticas crecen rápidamente. [12] : 190 Cuando las aberturas kársticas están cubiertas con piedra caliza de soporte ( competente ), con frecuencia no hay ninguna advertencia en la superficie de que una abertura ha crecido tanto que de repente colapsará catastróficamente. [12] : 198 Por lo tanto, la planificación del uso del suelo para nuevos desarrollos debe evitar las zonas kársticas. [13] : 37–38 En última instancia, los contribuyentes terminan pagando los costos de las malas decisiones sobre el uso de la tierra.
La gestión de la cantidad y calidad de las aguas pluviales se denomina "Gestión de las aguas pluviales". [14] El término Mejores Prácticas de Gestión (BMP) o medida de control de aguas pluviales (SCM) se utiliza a menudo para referirse tanto a dispositivos y sistemas de control estructurales o de ingeniería (por ejemplo, estanques de retención ) para tratar o almacenar aguas pluviales contaminadas, como también a sistemas operativos o de procedimiento. prácticas (por ejemplo, barrido de calles). [15] La gestión de las aguas pluviales incluye aspectos tanto técnicos como institucionales. [dieciséis]
La gestión integrada del agua (IWM) de las aguas pluviales tiene el potencial de abordar muchos de los problemas que afectan la salud de las vías fluviales y los desafíos del suministro de agua que enfrenta la ciudad urbana moderna. La gestión integrada de agua a menudo se asocia con la infraestructura verde cuando se la considera en el proceso de diseño. Los profesionales en sus respectivos campos, como urbanistas , arquitectos , paisajistas , diseñadores de interiores e ingenieros , a menudo consideran la gestión integrada del agua como base del proceso de diseño.
También conocido como desarrollo de bajo impacto (LID) [18] en los Estados Unidos , o Diseño Urbano Sensible al Agua (WSUD) [19] en Australia , el IWM tiene el potencial de mejorar la calidad de la escorrentía, reducir el riesgo y el impacto de las inundaciones y ofrecer un recurso hídrico adicional para aumentar el suministro potable.
El desarrollo de la ciudad moderna a menudo resulta en una mayor demanda de suministro de agua debido al crecimiento demográfico, mientras que al mismo tiempo la escorrentía alterada prevista por el cambio climático tiene el potencial de aumentar el volumen de aguas pluviales que pueden contribuir a problemas de drenaje e inundaciones. IWM ofrece varias técnicas, incluida la recolección de aguas pluviales (para reducir la cantidad de agua que puede causar inundaciones), la infiltración (para restaurar la recarga natural de las aguas subterráneas), la biofiltración o bioretención (por ejemplo, jardines de lluvia ), para almacenar y tratar la escorrentía y liberarla. a un ritmo controlado para reducir el impacto en los arroyos y los tratamientos de humedales (para almacenar y controlar los índices de escorrentía y proporcionar hábitat en áreas urbanas).
Hay muchas maneras de lograr LID. La más popular es incorporar soluciones terrestres para reducir la escorrentía de aguas pluviales mediante el uso de estanques de retención, bioswales , zanjas de infiltración, pavimentos sostenibles (como pavimentos permeables ) y otros mencionados anteriormente. LID también se puede lograr mediante el uso de productos fabricados y diseñados para lograr resultados similares o potencialmente mejores que los sistemas terrestres (tanques de almacenamiento subterráneos, sistemas de tratamiento de aguas pluviales, biofiltros , etc.). La solución LID adecuada es aquella que equilibra los resultados deseados (control de escorrentía y contaminación) con los costos asociados (pérdida de tierra utilizable para sistemas terrestres versus costo de capital de la solución fabricada). Los tejados verdes (con vegetación) también son otra solución de bajo coste.
Se puede considerar que el movimiento IWM está en su infancia y reúne elementos de la ciencia del drenaje, la ecología y la comprensión de que las soluciones de drenaje tradicionales transfieren los problemas aguas abajo en detrimento del medio ambiente y los recursos hídricos.
En Estados Unidos , la Agencia de Protección Ambiental (EPA) se encarga de regular las aguas pluviales de conformidad con la Ley de Agua Limpia (CWA). [20] El objetivo de la CWA es restaurar todas las "Aguas de los Estados Unidos" a sus condiciones de "pescabilidad" y "natación". Las descargas de fuentes puntuales, que se originan principalmente en aguas residuales municipales ( aguas residuales ) y descargas de aguas residuales industriales, han sido reguladas desde la promulgación de la CWA en 1972. Las cargas de contaminantes de estas fuentes están estrictamente controladas mediante la emisión de permisos del Sistema Nacional de Eliminación de Descargas Contaminantes ( NPDES ). . Sin embargo, a pesar de estos controles, miles de cuerpos de agua en los EE. UU. siguen clasificados como "deteriorados", lo que significa que contienen contaminantes en niveles superiores a los que la EPA considera seguros para los usos beneficiosos previstos del agua. Gran parte de este deterioro se debe a escorrentías contaminadas, generalmente en cuencas urbanizadas (en otras cuencas de Estados Unidos, la contaminación agrícola es una fuente importante). [21] : 15
Para abordar el problema nacional de la contaminación de las aguas pluviales, el Congreso amplió la definición de "fuente puntual" de la CWA en 1987 para incluir descargas industriales de aguas pluviales y Sistemas Municipales Separados de Alcantarillado Pluvial ("MS4"). Estas instalaciones deben obtener permisos NPDES. [22] En 2017, alrededor de 855 grandes sistemas municipales (que atienden a poblaciones de 100.000 o más) y 6.695 sistemas pequeños están regulados por el sistema de permisos. [23]
La EPA ha autorizado a 47 estados a emitir permisos NPDES. [24] Además de implementar los requisitos del NPDES, muchos estados y gobiernos locales han promulgado sus propias leyes y ordenanzas de gestión de aguas pluviales, y algunos han publicado manuales de diseño de tratamiento de aguas pluviales. [14] [25] Algunos de estos requisitos estatales y locales han ampliado la cobertura más allá de los requisitos federales. Por ejemplo, el estado de Maryland exige controles de erosión y sedimentos en sitios de construcción de 5000 pies cuadrados (460 m 2 ) o más. [26] No es raro que las agencias estatales revisen sus requisitos y los impongan a los condados y ciudades; Se pueden imponer multas diarias de hasta $25,000 por no modificar sus permisos locales de aguas pluviales para sitios de construcción, por ejemplo.
La escorrentía agrícola (excepto las operaciones concentradas de alimentación animal, o " CAFO ") se clasifica como contaminación de fuente difusa según la CWA. No está incluido en la definición de "fuente puntual" de la CWA y, por lo tanto, no está sujeto a los requisitos de permiso del NPDES. Las enmiendas a la CWA de 1987 establecieron un programa no regulatorio en la EPA para el manejo de la contaminación de fuentes difusas que consiste en proyectos de investigación y demostración. [27] El Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS) del Departamento de Agricultura de Estados Unidos lleva a cabo programas relacionados, como el Programa de Incentivos a la Calidad Ambiental . [28]
La educación es un componente clave de la gestión de aguas pluviales. Varias agencias y organizaciones han lanzado campañas para educar al público sobre la contaminación de las aguas pluviales y cómo pueden contribuir a resolverla. Miles de gobiernos locales en los EE. UU. han desarrollado programas educativos según lo exigen sus permisos de aguas pluviales NPDES. [29]
Un ejemplo de programa educativo local es el del Consejo de Acción Ambiental de West Michigan (WMEAC), que acuñó el término Hydrofilth para describir la contaminación de las aguas pluviales, [30] como parte de su campaña "15 to the River". (Durante una tormenta, la escorrentía contaminada de Grand Rapids, Michigan, puede tardar sólo 15 minutos en llegar al Grand River .) [31] Sus actividades de extensión incluyen un programa de distribución de barriles de lluvia y materiales para propietarios de viviendas sobre la instalación de jardines de lluvia . [32]
Otras campañas de educación pública destacan la importancia de la infraestructura verde para frenar y tratar la escorrentía de aguas pluviales. La Administración de Aguas Pluviales del Condado de DuPage lanzó el programa "Love Blue. Live Green". Campaña de divulgación en sitios de redes sociales para educar al público sobre la infraestructura verde y algunas otras mejores prácticas de gestión de la escorrentía de aguas pluviales. [33] A través de esta campaña se difunden al público artículos, sitios web, fotografías, vídeos y otros medios.
La infraestructura de aguas pluviales es una inversión costosa a largo plazo que es difícil de reemplazar cuando cambian las circunstancias subyacentes. Como resultado, el sistema funcionará peor o funcionará mal con más frecuencia con el tiempo. Esto es precisamente lo que está ocurriendo en la región que rodea Europa y el Mar Báltico, donde los sistemas están bajo presión por el ritmo acelerado del cambio climático, el avance de la urbanización y las regulaciones más estrictas. Repensar las técnicas de gestión de aguas pluviales y aumentar las inversiones en infraestructura de aguas pluviales son esenciales para adaptarse a estas circunstancias que cambian rápidamente. [34] [35]
Desde que los seres humanos comenzaron a vivir en entornos urbanos o de aldeas concentradas, la escorrentía de aguas pluviales ha sido un problema. Durante la Edad del Bronce , la vivienda tomó una forma más concentrada y las superficies impermeables surgieron como un factor en el diseño de los primeros asentamientos humanos . Parte de la temprana incorporación de la ingeniería de aguas pluviales se evidencia en la Antigua Grecia . [36]
Un ejemplo específico de un diseño temprano de un sistema de escorrentía de aguas pluviales se encuentra en la recuperación arqueológica de Minoan Phaistos en Creta . [37]
