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Carlos Rafael Mascorro Gonzalez
Pera en Línea SEP
21/03/2019
Proyecciones
1. Retoma el problema de contaminación del agua. De la actividad integradora 1. Contaminación química de un cuerpo de agua, retoma el problema planteado y prepárate para realizar una investigación más amplia.
2. Investiga sobre el uso de modelos matemáticos para resolver problemas de contaminación del agua. Guíate respondiendo las siguientes preguntas:
a. ¿Por qué y para qué sirven los modelos matemáticos en los problemas relacionados con la contaminación del agua?
Conocemos a los modelos matemáticos como técnicas las cuales su función es representar cada uno de los conceptos, parámetros y variables que son parte del proceso de contaminación, esto expresado matemáticamente, en el cual se analizan aspecto tanto físico, químicos y biológicos, 	del cambio que experimentan las sustancias en el cuerpo del agua, con ello se representan las variables de manera numérica con el fin de estudiar su comportamiento, como ya sabemos que las magnitudes cambian en el tiempo. Estos mismos modelos buscan representar la realidad de una manera simplificada para buscar soluciones planificadas y optimizar el sistema para poder mitigar el daño.
b. ¿Qué factores son los que hay que tomar en cuenta para elegir un modelo matemático que te ayude a resolver el problema de contaminación del agua?
Parte de las acciones para elegir un modelo matemático, es analizar los factores que intervienen, además de las condiciones a las que son aplicables, con ello debemos además saber las simplificaciones de dicho modelo, para que nos pueda permitir ya con estos datos, saber las predicciones de lo que sucederá con ciertos parámetros en el cuerpo de agua, algunos de estos modelos nos pueden aportar datos con soluciones algebraicas y algunos más pueden ser resueltos mediante métodos números para esto debemos de considerar lo siguiente:
1. Escalas de tiempo y espacio: Las condiciones de los estados permanentes y del espacio que abarca dicho estudio, considerar además que todos los parámetros del sistema tienden a ser constantes en el tiempo y que pueden calcularse matemáticamente. Sabemos además que cuando la carga contaminante se introduce en dicho cuerpo de agua pasa por tres acciones claves: dispersión, transporte advectivo, la transformación y reacción, con esto se puede encontrar la manera de cómo se producen los cambios de concentración derivado de estas 3 acciones en el tiempo y espacio, para definir el modelo matemático para un determinado cuerpo de agua.
2. Condiciones geomorfológicas, hidrológicas e hidrodinámicas.
El estudio hidrológico, se comienza del análisis morfo métrico de la cuenca, que incluyen los siguientes factores: la delimitación de la cuenca, la medición del área, la longitud de dicha cuenca, su altura tanto máxima como mínima, el índice de compacidad, los factores de forma, la curva hipsométrica, la pendiente media y la caracterización de la red de drenaje, el perfil altimétrico de cauce principal, el estudio de la ubicación y tipo de relieve sin dejar de hacer mención de la distribución del agua, circulación propiedades físicas, químicas, las precipitaciones, la escorrentía, la humedad del suelo y la evapotranspiración.
3. Cinética de las transformaciones de los parámetros físicos, químicos y bilógicos la magnitud del cambio respecto al tiempo.
Analizando los cambios tanto físicos como químicos que suceden en la cuenca, además de las transformaciones de diferentes sustancias, que al mezclarse con el agua generar una intensidad que puede causar la desaparición de especies bilógicas o incluso la modificación de las características del cuerpo de agua.
4. Cargas de contaminantes, su magnitud y el impacto.
La disponibilidad con los datos apreciados, datos históricos y actuales sobre la calidad de agua de la cuenca y los datos de las descargas residuales, desechos industriales y agropecuarios, el impacto en la biodiversidad del lago, los riesgos que se generan en la salud de las localidades aledañas.
c. ¿Qué tipos de modelos hay que se apliquen al estudio de la calidad del agua?
Clasificamos los modelos de la siguiente manera:
Soluciones analíticas aplicadas en corrientes o ríos.
Soluciones numéricas o segmentos finitos, aplicados en estuarios lagos y océanos.
Dichos modelos pueden ser dinámicos o estacionarios, conocemos a los dinámicos como proveedores de información sobre la dirección o distancia (Aguas de una descarga), y el tiempo, los estacionarios suponen que existen dicha variación solo en el espacio, como por ejemplo como una descarga que es continua y de manera constante, estas se consideran como de menor grado de dificultad y de menor costos.
Modelos unidimensionales: Generalmente se usan para representar flujos de aguas en ríos, en la cual la dirección se considera el sentido del escurrimiento.
Modelos bidimensionales: Se utilizan generalmente en ríos de gran ancho, en estos casos las concentraciones de contaminantes varían de un lado a otro, con ello se usa un sistema cartesiano de coordenadas, en la cual una de ellas corresponde al sentido del flujo y la otra a dimensión lateral.
Modelos tridimensionales: Estos se utilizan, principalmente en el estudio de aguas subterráneas y en sistemas más complejos de aguas superficiales, a que requieren más información, estos se restringen a problemas de gran magnitud cuando los recursos disponibles pueden cubrir los costos.
Los modelos que se encuentran disponibles en el CEPIS son los siguientes:
RIOS IV: Consisten en la interacción con el usuario y cuenta con capacidad gráfica, dicho modelo aún se encuentra en prueba su distribución es limitada y se elaboró en 1995.
RIOS III: Se aplica principalmente para agua en estado permanente unidimensional, se aplica para oxígeno disuelto DBO carbonacea y nitrogenada, coliformes y análisis simplificados de sustancias toxicas conservativas o no, puede analizar además situaciones anaeróbicas se elaboró en 1990.
MULTI-SMP: Se usa para agua en estado permanente unidimensional, para oxígeno disuelto DBO carbonacea y nitrogenada, Toxicidad amoniacal, se elaboró por LTI Limno-Tech, Inc. en 1992.
SPAM: Se usa en agua en estado permanente, en segmentos finitos y multidimensionales para oxígeno disuelto, DBO carbonacea y nitrogenada, coliformes y análisis simplificados de sustancias toxicas, conservativas o no, en aguas superficiales. Se creó por Hydroqual en 1984 en Mahwah, N.J, E.U.
WASTOX: Este es un modelo variable en el tiempo, multidimensional, aplicado para la evaluación de sustancias toxicas en las aguas superficiales se creó en el colegio de Manhattan en 1994 N.Y. para la EPA.
CLARK: Se creó con el fin de calcular el aporte de nutrientes a lagos, basado en datos de campo tributarios, se usa de manera interactiva, y fue elaborado por Sonzogny, W. Cet. En 1978.
3. De los diferentes tipos de modelos matemáticos que investigaste escoge dos ejemplos, señalando las diferencias y su uso específico.
	Modelo
	Modelo: Numérico SPAM
	Modelo: Analítico RIOS IV.
	Características:
	Se realiza un estudio dimensional para conocer las condiciones de estado permanente, además de obtener parámetros constantes en el tiempo y determinar el tramo, además de analizar las fuentes puntuales y las dispersas de DBO cabonacea y nitrogenada, También de analiza nitrificación, y suspensión automática de nitrificación a niveles bajos de oxígeno disuelto. 
	Se encarga del estudio de agua permanente, segmentos finitos y sirve para hacer estudios multidimensionales para oxígeno disuelto, DBO carbonacea y nitrogenada, coliformes y análisis simplificados de sustancias toxicas conservativas y no conservativas en aguas superficiales, estos modelos cuantitativos o mejor conocidos como numéricos consisten en representar el proceso físico, utilizando ecuaciones y algoritmos matemáticos que relacionan parámetros. 
	Uso:
	Principalmente en aguas superficiales como son los ríos.
	Su principal uso es en estuarios, lagos y océanos.
	Diferencias:
	Unidimensional que sirven para representar flujosde aguas en ríos, siendo la dirección considerada el sentido del escurrimiento.
	Multidimensional que cubre muchos factores y se aplica en sistemas más complejos de aguas superficiales. Se considera casi todos los datos en cuanto a cantidad, profundidad, espacio y tiempo.
4.Analiza y explica cuál de los modelos matemáticos que investigaste, sirve para desarrollar tu tema e incluye cómo es que los modelos matemáticos influyen en el deterioro o mejora de los recursos naturales y de qué dependen en tu caso de investigación.
Yo considere para mi modelo en relación al lago de Chapala que se puede aplicar un modelo dinámico, de solución numérica utilizando un análisis dimensional como el mencionado con anterioridad SPAM.
Parte del argumento central, es que dicho lago tiene una problemática amplia que se requiere realizar un análisis complejo de todos los factores que influyen en su contaminación, parte de esto es considerar el oxígeno disuelto, DBO carbonacea nitrogenada, y agregar a esto análisis simplificados de sustancias toxicas conservativas y no conservativas, tanto para el lago de Chapala, así como para la cuenca LERMA-SANTIAGO, dado que este es un modelo más amplio y complejo es de alto costo, desarrollarlo pero no podríamos dejar pasar todos los beneficios que generara el conocer más exactamente, como erradicar dicho problema.
5. A manera de conclusión, responde a la siguiente pregunta: ¿Qué proyecciones se pueden obtener del modelo que escogiste?
Mediante dichos modelos matemáticos mencionados cabe destacar que con estos se realizan simulaciones, con esto sabemos el impacto ocasionado y los controles que se pueden aplicar para disminuir la gravedad del problema, además con esto sabremos las condiciones del cuerpo de agua y relacionar la cantidad de entradas de aguas residuales y sustancias toxicas que existen en la laguna de Chapala, además de saber cómo se verá dicho lago dentro de cierto tiempo ya sea 1, 2 o más años, para de esta manera mejorar la condición del agua en la laguna de Chapala, es lógico que si no hacemos nada en la actualidad dicho daño puede aumentar significativamente su desarrollo, si podemos determinar hoy en día, los principales factores que están involucrados, obtendríamos la causa raíz, y de esta manera ejecutar acciones de contención para poder generar un plan a corto plazo y frenar dichas sustancias contaminantes, una de las principales acciones de contención seria cambiar los puntos de descargas de los desechos industriales y agropecuarios, además de tener monitoreos frecuentes para evitar tener que empezar nuevamente.
Referencias:
Claudia Margarita Rendón Velázquez. (Julio 2013). MODELOS MATEMÁTICOS DE CALIDAD DEL AGUA EN LAGOS Y EMBALSES. 21 de Marzo del 2019, de UNAM Sitio web: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/3153/Tesis.pdf
Caroline Henn Anderson Braga Mendes, (02/2010). Modelación de la Calidad del agua en Embalse. 21 de Marzo del 2019, de Agencia Nacional de Aguas – ANA Sitio web: https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/bitstream/ana/71/6/Unidade_3.pdf
Ángel N. Méndez. (2010). Transporte de contaminantes en el medio Acuático. 21 de Marzo del 2019, de Universidad Tecnológica Nacional Sitio web: http://www.redmodelacion.com.ar/~modelacion/images/pdf/docencia/utn/Apunte_ContamAguas.pdf
J. Castillo y C. Espinoza. (2005). Modelo de simulación para la calidad del agua en un rio. 21 de Marzo del 2019, de u cursos Sitio web: https://www.u-cursos.cl/ingenieria/2005/2/CI51D/1/material_docente/bajar?id_material=73719