2. PLUVISOST - ICTA - Universitat Autònoma de Barcelona

Bellaterra, 22 de juny de 2010
Avaluació del Potencial de Captació de
Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Doctorand:
Sara Angrill Toledo
PLUVISOST: Análisis ambiental del aprovechamiento de las aguas pluviales urbanas
Investigadors principals:
Dr Xavier Gabarrell
Dr Joan Rieradevall
Dr Maria Rosa Rovira
Dr Diego Varga
Dr Gara Villalba
Ms Sc Tito Morales
Ms Sc Violeta Vargas
Ms Sc Mohammad Hoque

ÍNDEX
1.
2.
3.
4.
5.
Presentació
Projecte PLUVISOST
Accions en curs
Metodologia
Altres projectes
Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis
de baixa i alta densitat

1. PRESENTACIÓ

1. PRESENTACIÓ
Equip multidisciplinar: Enginyers químics, ambientòlegs, geògrafs,
enginyers agrònoms, arquitectes i dissenyadors industrials
Àrees d’investigació: Aplicades a sistemes industrials, urbans, agrícoles
i de serveis
SOSTENIPRA: Grup d’investigació en Sostenibilitat i Prevenció
Ambiental adscrit a la UAB
Centres:
-
-
-
Eines: Anàlisi de Cicle de Vida (ACV), Ecodisseny, Eco-eficiència, Compra Verda,
Sostenibilitat en sistemes agrícoles
Ecologia industrial, anàlisis de fluxos i de residus i sostenibilitat en sistemes urbans
Departament d’Enginyeria Química de la UAB
Institut de Ciència i Tecnologia Ambientals (ICTA) de la UAB
Institut d’Investigació i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA)
- Spin-off: Inèdit

2. PLUVISOST:
Análisis ambiental del aprovechamiento
de las aguas pluviales urbanas

2. PLUVISOST
MICINN. Ref. CTM2010-17365
Gener 2011-Desembre 2013
Investigador Principal:
‐ Dr. Xavier Gabarrell
Equip d’investigació:
‐ Dr. Joan Rieradevall
‐ Dr. Gara Villalba
‐ Dr. Maria Rosa Rovira
‐ Dr. Diego Varga
‐ Mohammad Hoque
‐ Tito Morales Pinzón
‐ VioletaVargas
‐ Sara Angrill
E.P.O:
‐ Agència Catalana de l’Aigua
‐ Diputació de Barcelona
‐ Inèdit (Dr. Carles Martínez‐Gasol)
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB.
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB
ICTA. Dept. Enginyeria Química. UAB
ICTA. Dept. Economia Empresa. UAB
Universitat de Girona
PIF. Dept. Enginyeria Química. UAB
Becari predoctoral. COLCIENCIAS
Becari predoctoral
Becari predoctoral. UAB
Col∙laboradors:
‐ Dr. Alejandro Josa Dept. Enginyeria del Terreny, Cartogràfica i Geofísica. UPC

2. PLUVISOST
MICINN. Ref. CTM2010-17365
Objectius:
‐ Quantificar el potencial quantitatiu i la qualitat dels recursos pluvials (fisicoquímica i biològica)
en funció dels subsistemes urbans de captació.
‐ Adaptar i integrar eines d’anàlisi ambiental, com l’Análisi de cicle de vida (ACV) i l’exergètic, en
l’anàlisis dels recursos hídrics alternatius.
‐ Avaluar ambiental i econòmicament diferents estratègies de gestió d’aigües pluvials a diferents
escales.
‐ Plantejar i analitzar quines són les noves i millors estratègies d’aprofitament d’aigües pluvials a
diverses escales en entorns urbans.
‐ Comparar ambiental i econòmicament l’aprofitament de pluvials amb les alternatives de
referència (dessalinització, regeneració).
‐ Proposar accions per optimitzar l’oferta hídrica local de pluvials i reduir la dependència hídrica
de les àrees urbanes.

2. PLUVISOST
MICINN. Ref. CTM2010-17365
Àmbit d’estudi:
energía
materiales
Escala
VIVIENDA/EDIFICIO
Lluvia
Superficies impermeables (1.cubiertas edificios, 2.viales rodamiento,
3.viales peatonales y espacios sin motorización, 4.aparcamientos)
Captación cubiertas
edificio (1)
Red de captación
Sistemas de
acumulación
Red de abastecimiento
agua no potable
Usos no potables
Red de captación
Sistemas de
acumulación
Red de abastecimiento
agua no potable
Usos no potables
Captación
generalizada
(1, 2, 3, 4)
Escala
BARRIO/CIUDAD
Red de captación
Red hacia estación de
potabilización
A B
C D
Planta de
potabilización
emisiones
Usos potables
‐ Farreny R, Gabarrell X, Rieradevall J (2011a) Cost efficiency of Rainwater Harvesting Indica la estrategia Strategies in Dense Mediterranean Neighbourhoods. Resour Conserv
Recycl. doi:10.1016/j.resconrec.2011.01.008
X (ver Tarea 2)
‐ Farreny R, Guisasola A, Morales Pinzón T, Tayà C, Rieradevall J, Gabarrell X (2011b) Roof selection for rainwater harvesting: quantity and quality
assessment. Water Res. 10.1016/j.watres.2011.03.036.

2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADES
MUNTATGE EXPERIMENTAL (Captació pluvials)
VENT
PLUVIÒMETRE
ESTACIÓ
METEO
PRECIPITACIONS
TEULADA
INCLINACIÓ
ESCOLAMENT
DIPÒSIT
MOSTRES D’AIGUA
Registre de:
• pluviometria
• període anterior sec
• vents predominants
VOLUM
ESCOLAMENT
ANÀLISI
QUANTITAT
ANÀLISI
QUALITAT

Teulades campus UAB
10
2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADES
Bellaterra (Catalunya)
METÀL·LICA PLÀSTICA
TEULA ÀRAB
PLANA GRAVA

2. PLUVISOST
ACCIONS REALITZADES
QUANTITAT
•
•
Cobertes planes rugoses: major abstracció
inicial (3,8mm)
Cobertes inclinades: fins 50% més d’escolament (RC>0,9)
QUALITAT
•
•
Qualitat físico-química de l’aigua de pluja és, en general, bona.
Diferències significatives entre teulades: millor inclinades i llises.
DISSENY URBÀ I PLANEJAMENT
•
Planejament urbanístic pot incorporar rugositat i inclinació
–
Optimitzar captació pluvials (inclinades llises)
– Reduir risc inundacions (planes rugoses)
teulades per:

3. ACCIONS EN CURS

3. ACCIONS
3. 2. Objectius
EN CURS
Justificació
amb l’objectiu de:
Estudiar els potencials subsistemes d’aprofitament d’aigua de pluja
en 7 superfícies urbanes de diferents característiques
(vials de vianants, vials rodats i aparcaments)
Determinar el COEFICIENT D’ESCOLAMENT (RC) de cada superfície i determinar la captació
potencial d’aigua pluvial de cada subsistema.
Avaluar la QUALITAT de l’aigua de pluja recollida en funció de la superfície per la que
transita.

3. ACCIONS EN CURS
Superficies d’estudi:
3 Vials de vianants i espais públics sense motorització
Asfalt Formigó
2 Aparcaments sense coberta
Asfalt Formigó Llamborda o panot
2 Vials amb rodament
Asfalt Formigó

3. ACCIONS EN CURS
Muntatge experimental de recollida de mostres:
En cada subsistema objecte d’estudi s’instal∙larà un sistema de captació d’aigües pluvials, un tanc
d’emmagatzematge, un sistema de recollida de mostres i un pluviòmetre (Fig).
Fig. Exemple de muntatge per a cadascuna de les superficies
L’objectiu és recollir l’aigua de pluja d’una
superfície petita (20 – 50 m2) i delimitada per
a determinar la quantitat recollida i la qualitat
d’aquesta aigua.
El període de mostreig serà de 12 mesos per a
cada subsistema i el nombre d’episodis de
pluja a analitzar hauria de ser de 15 per punt
de mostreig.

5
5
6
1
1
Figura 1. Localització de les potencials superfícies d’estudi dins la Universitat Autònoma de Barcelona, enumerades
d’acord amb la el codi de la Taula 2.
7
2
3

Després de fer una visita a les instal∙lacions del campus de la UAB es proposen 13 superfícies
de recollida a escollir d’entre les indicades a la Figura 1 i a la Taula 1.
Està pendent de valorar la viabilitat tècnica de la instal∙lació i muntatge dels equips de
mostreig per tal d’escollir les 7 superfícies més viables.
Taula 1. Selecció i descripció de les potencials superfícies d’estudi en la Universitat Autònoma de Barcelona.
CODI TIPUS DESCRIPCIÓ SUPERFÍCIE (m 2 )
VIALS PER VIANANTS I ESPAIS PÚBLICS SENSE MOTORITZACIÓ
1 Asfalt Zona de vianants (Plaça cívica) 54,01
2 Formigó Vorera per vianants (SAF)
3 Panot Sortida d’emergències (CVC)
4a
VIALS AMB RODAMENT
Vial (Cases Sert)
4b Vial (pàrquing Bombers)
4c Asfalt
Carretera (accés Vila)
4d Vial (FFCG‐Vila)
5 Formigó Entrada pàrquing (Vila2) 142,71
APARCAMENTS SENSE COBERTA
6 Asfalt Pàrquing (C. Comunicació)
7 Formigó Pàrquing (Fac. Ciències)
Superfície en operació
actualment
Superfície seleccionada en
curs d’instal·lació
Superfície sota
valoració

1
Ubicació: Zona de vianants, plaça Cívica.
Material: Asfalt
Punt mostreig
instal·lat a
UAB

2
Ubicació: Vorera per vianants, SAF.
Material: Formigó

3
Ubicació: Sortida d’emergències, CVC.
Material: Panot

5
Ubicació: Entrada pàrquing, Vila2.
Material: Formigó
Punt mostreig
instal·lat a
UAB

6
Ubicació: Pàrquing, C. Comunicació.
Material: Asfalt

7
Ubicació: Pàrquing, Fac. de Ciències.
Material: Formigó

4. METODOLOGIA

4. METODOLOGIA
3. 2. Justificació Metodologia
4.1 Diagrama metodològic
Subsistemes d’estudi
VIALS DE
VIANANTS
VIALS AMB
RODAMENT
APARCAMIENTS
SENSE COBERTA
Demanda NO
potable
Determinació qualitativa i quantitativa
Pluviometria
Superficie
QUANTITAT QUALITAT
POTENCIAL CAPTACIÓ
POTENCIAL
D’AUTOSUFICIENCIA
Runoff Coefficient
REVISIÓ
BIBLIOGRÀFICA
US 1
PROVA PILOT
ANÀLISI
Volum excedents US 4 US 5
US 2 US 3
Punts de
mostreig
Equips de
recollida
Anàlisi de
l’impacte
ACV
L’ACV permet avaluar tots
els Objectius impactes
i abast ambientals
associats de l’estudi a un producte, un
procés o una activitat
mitjançant la comptabilitat i
l’avaluació del consum de
recursos i emissions
Anàlisi de associades a Interpretació una unitat
l’inventari
funcional definida
ACV: ISO 14040:2006
Software: SimaPro 7.2
Base de dades: Ecoinvent 2.1
Mètode: CML baseline 2001

4. METODOLOGIA
ANÀLISI QUANTITAT
•
•
•
Model de regressió lineal escolament – precipitacions
Estimació abstracció inicial de cada teulada
Estimació coeficient d’escolament en les condicions locals
ANÀLISI QUALITAT
•
•
3. 2. Justificació Metodologia
4.2 Anàlisi quantitatiu i qualitatiu
Anàlisis físicoquímics de mostres
integrades (conductivitat, pH, SST,
TOC, fosfats, nitrats, nitrits, amoni,
clorurs, sulfats, carbonats)
Tractament estadístic (estadística
descriptiva, anàlisis de correlació i
variança)
SST: Sòlids en Suspensió Totals, TOC: Carboni orgànic total
Taula. Paràmetres de qualitat de l’aigua a analitzar en les mostres
Paràmetres fisico-químics Paràmetres biològics
pH Aerobis totals (22 i 37 ºC)
Conductivitat Bacteris coliformes totals
Carboni orgànic/ inorgànic / total Bacteris coliformes fecals
Anàlisi d’ions (cromatografia iònica) Enterococus
Nitrats, nitrits, amoni,
nitrògen i fòsfor total
Clostridium sp
Sòlids totals/en suspensió Pseudomonas aeruginosa

5. ALTRES PROJECTES
5.1 Aprofitament d’aigües pluvials en barris mediteranis de baixa i alta
densitat

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris 3. 2.
OBJECTIUS
Objectius Justificació
mediterranis de
baixa i alta densitat
Objectius
Plantejar diferents escenaris d’aprofitament d’aigua de pluja en funció
de la densitat urbana i la gestió de les infraestructures, aplicables a regions
amb climatologia mediterrània.
Quantificar l’impacte ambiental de les infraestructures d’aprofitament
de pluvials per mitjà de l’ACV.
Identificar quina és l’estratègia ambientalment
més favorable en els diferents escenaris urbans de
captació plantejats i per a cada model de ciutat.
8/28

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS
baixa i alta densitat
3. 2. Justificació Metodologia
mediterranis de
Metodologia
4.1 Unitat funcional
La unitat funcional (UF)
correspon a la recollida,
emmagatzematge i
subministrament d’un
metre cúbic d’aigua de
pluja proveït per
persona i any per ser
utilitzat com a aigua no
potable per una demanda
constant de bugaderia.
4.2 Descripció del sistema
Integra les infraestructures necessàries per a
l’aprofitament de l’aigua de pluja en edificis
d’obra nova.

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS
baixa i alta densitat
3.1 3. 2. Justificació Metodologia
mediterranis UF de
S’han plantejat un total de 8 escenaris definits en funció
Variable densitat urbana:
Baixa
densitat
Variable infraestructures: Segons l’escala i ubicació
1) Dipòsit
subterrani
Baixa densitat Alta densitat
BD1 BD2 BD3 BD4 AD1 AD2 AD3 AD4
Escala de la
infraestructura
edifici edifici edifici illa edifici edifici edifici illa
Ubicació del dipòsit subterrani coberta aljub subterrani subterrani coberta aljub subterrani
2) Dipòsit
coberta
3) Dipòsit
aljub
de:
(BD) Alta densitat
del dipòsit
4) Dipòsit
illa
(AD)
11/28

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS
baixa i alta densitat
3.1 3. 2. Justificació Metodologia
mediterranis Sistema UF de d’estudi
Subsistemes d’estudi:
CAPTACIÓ
•
• Canaló i baixant
• Canonades de recollida
EMMAGATZEMATGE
• Dipòsit d’emmagatzematge
• DISTRIBUCIÓ
• Bomba
• Canonades de subministrament
1: Dipòsit subterrani 2: Dipòsit coberta
3: Dipòsit aljub 4: Dipòsit illa
12/28

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS
baixa i alta densitat
3.1 3. 2. Justificació Metodologia
mediterranis Eines UF de càlcul
•
•
•
•
•
Eines de càlcul ambiental
ACV: Considera tot el cicle de vida de les infraestructures d’aigües
pluvials pels diferents escenaris proposats incloent les següents etapes
per a cada subsistema* (ISO 14040:2006):
Software: SimaPro
7.2.0 + EcoConcrete
LCA tool
Fases de l’avaluació d’impactes realitzades: Classificació i
caracterització (CML 2001 Baseline).
Bases de dades: ecoinvent
Categories
d’impacte:
2.0 i Metabase
ITeC
2009
Categories d'impacte Acrònim Unitats
Esgotament dels recursos abiòtics ADP Kg Sb eq.
Acidificació AP Kg SO2 eq.
Eutrofització EP Kg PO4 -2
eq.
Potencial d'escalfament global GWP Kg CO2 eq.
Potencial de toxicitat humana HTP Kg 1,4-DB eq.
Potencial de destrucció de l'ozó estratosfèric ODP Kg CFC-11 eq.
Oxidació fotoquímica POCP Kg C2H4 eq.
14/28

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS mediterranis de
baixa i alta densitat
Resultats
Les infraestructures ambientalment òptimes, independentment de la
densitat urbana, plantegen:
•
•
Ubicació
Integració
del dipòsit en coberta
d’un disseny tipus aljub
La incorporació de l’opció constructiva més favorable en la projecció de
noves zones residencials proporciona un estalvi ambiental significatiu en
les emissions de CO2.
•
•
La implementació
d’infraestructures de pluvials en:
Ciutat difosa: Permet una autosuficiència hídrica gairebé total per
la demanda de bugaderia i uns excedents d’aigua en el sistema.
Ciutat compacta: Proporciona impactes ambientals unitaris
menors, però es caracteritza per un dèficit hídric major
24/28

5.1 Aprofitament de pluvials
en 3. barris OBJECTIUS mediterranis de
baixa i alta densitat
En el planejament urbà cal tenir en compte el disseny
d’infraestructures de pluvials mitjançant criteris ambientals, ajustant-lo
als usos potencials a que l’aigua és destinada.
No fer-ho pot ocasionar impactes a posteriori en la rehabilitació de
l’edifici entre 1,5 i 4,4 vegades majors per baixa i alta densitat,
respectivament.
25/28

Avaluació del Potencial de Captació de
Recursos Hídrics Locals en zones urbanes
Bellaterra, 22 de juny de 2010
Línea de investigación SosteniPrA
GRÀCIES
Doctorand:
Sara Angrill Toledo
Investigadors principals:
Dr Xavier Gabarrell
Dr Joan Rieradevall
Dr Maria Rosa Rovira
Dr Diego Varga
Dr Gara Villalba
Ms Sc Tito Morales
Ms Sc Violeta Vargas
Ms Sc Mohammad Hoque