Modelación numérica de la hidrodinámica, del oxígeno disuelto y la demanda bioquímica de oxígeno en sistemas con vegetación Numerical modeling of hydrodynamics, dissolved oxygen and biochemical oxygen demand in systems with vegetation

El presente trabajo trata sobre la implementación de un modelo numérico para simular la hidrodinámica y el transporte de contaminantes en sistemas donde existe vegetación, tanto sumergida como emergente. Dicho modelo se basa en las ecuaciones de aguas someras para el cálculo de las velocidades del flujo, haciendo énfasis en la evaluación del esfuerzo cortante de arrastre de las plantas y en la turbulencia; así como en la ecuación de advección-difusión-reacción para la simulación del transporte de sustancias disueltas. En este trabajo se presenta el cálculo del transporte de la Demanda Bioquímica de Oxígeno y del Oxígeno Disuelto. El objetivo principal es reproducir las funciones de filtrado de contaminación y reaereación que cumplen las plantas en cuerpos de agua, como los humedales. En los resultados obtenidos del campo de velocidades se aprecia el cambio de comportamiento por la restricción al flujo que impone la vegetación. Las concentraciones de DBO y OD varían debido al tiempo de residencia y a la reaereación producida por el intercambio atmosférico y la respiración de las plantas. Se concluye que el modelo representa de manera óptima el comportamiento del transporte de sustancias disueltas en flujos con presencia de vegetación y que se puede aplicar a la gran variedad de ecosistemas, siendo capaz de predecir la ruta y destino de la contaminación. This work deals with the implementation of a numerical model to simulate hydrodynamics and transport of pollutants in flows where submerged vegetation is present. The model is based on the Shallow-Water Equations to calculate the mean velocities, emphasizing calculations of the shear stress produced by both the vegetation and turbulence. The Advection-Diffusion-Reaction Equation is used to calculate the transport of the Biochemical Oxygen Demand and the Dissolved Oxygen. The main objective is to simulate the transport of these substances and the pollution filtering and reaereation functions of plants in water bodies such as wetlands. In the obtained velocity fields, the change of the behavior due to the restriction imposed by the vegetation can be seen. The BOD and DO concentrations are influenced by the residence time and the reaereation from the atmospheric exchange and plants breathing. As a conclusion, the model represents very precisely the behavior of dissolved substances transport in flows with presence of vegetation and can be applied to different ecosystems, being capable to predict the path and fate of pollution.